Základní pojmy přenosu tepla pro výpočet výměníků tepla

Výpočet tepelného výměníku v současné době netrvá déle než pět minut. Každá organizace, která takové zařízení vyrábí a prodává, zpravidla poskytuje každému vlastní program výběru. Můžete si jej stáhnout zdarma z webových stránek společnosti, nebo přijde do vaší kanceláře jejich technik a zdarma si jej nainstaluje. Jak správný je však výsledek takových výpočtů, je možné mu důvěřovat a není výrobce mazaný, když bojuje v soutěži se svými konkurenty? Kontrola elektronické kalkulačky vyžaduje znalost nebo alespoň znalost metodiky výpočtu pro moderní výměníky tepla. Zkusme zjistit podrobnosti.

Co je to výměník tepla

Před výpočtem tepelného výměníku si pamatujte, o jaké zařízení se jedná? Zařízení pro výměnu tepla a hmoty (aka tepelný výměník, aka tepelný výměník nebo TOA) je zařízení pro přenos tepla z jednoho nosiče tepla do druhého. V procesu změny teplot chladicích kapalin se mění také jejich hustoty a podle toho i hmotnostní ukazatele látek. Proto se takové procesy nazývají přenos tepla a hmoty.

Hlavní menu

Ahoj! Výměník tepla je zařízení, ve kterém se výměna tepla provádí mezi dvěma nebo více nosiči tepla nebo mezi nosiči tepla a pevnými látkami (tryska, stěna). Role chladicí kapaliny může hrát také prostředí obklopující zařízení. Podle jejich účelu a konstrukce se výměníky tepla mohou velmi lišit, od nejjednodušších (radiátor) až po nejpokročilejší (kotelní jednotka). Podle principu činnosti se tepelné výměníky dělí na rekuperační, regenerační a směšovací.

Rekuperační zařízení se nazývají zařízení, ve kterých proudí současně teplé a studené nosiče tepla oddělené pevnou stěnou. Mezi tato zařízení patří ohřívače, kotelní jednotky, kondenzátory, výparníky atd.

Přístroje, ve kterých je stejná topná plocha střídavě omývána horkou a studenou kapalinou, se nazývají regenerační. V tomto případě se teplo akumulované stěnami zařízení během jejich interakce s horkou kapalinou vydává studené kapalině. Příkladem regeneračních aparátů jsou ohřívače vzduchu otevřených krbů a vysokých pecí, topné pece atd. V regenerátorech dochází k výměně tepla vždy za nestacionárních podmínek, zatímco rekuperační aparáty pracují většinou ve stacionárním režimu.

Rekuperační a regenerační zařízení se také nazývají povrch, protože proces přenosu tepla v nich je nevyhnutelně spojen s povrchem pevné látky.

Směšovače jsou zařízení, ve kterých se přenos tepla provádí přímým mícháním horkých a studených kapalin.

Vzájemný pohyb nosičů tepla ve výměnících tepla může být odlišný (obr. 1.).

V závislosti na tom se rozlišuje mezi zařízeními s přímým tokem, protiproudem, křížovým tokem a se složitým směrem pohybu nosičů tepla (smíšený proud). Pokud chladicí kapaliny proudí paralelně v jednom směru, pak se takový vzor pohybu nazývá dopředný tok (obr. 1). Při protiproudu se chladicí kapaliny pohybují paralelně, ale směrem k sobě. Pokud se směry pohybu tekutin protínají, pak se vzor pohybu nazývá cross-flow. Kromě jmenovaných schémat se v praxi používají také složitější: simultánní dopředný a protiproud, vícenásobný křížový proud atd.

V závislosti na technologickém účelu a konstrukčních vlastnostech se tepelné výměníky dělí na ohřívače vody, kondenzátory, kotelní jednotky, výparníky atd. Ale společné je, že všechny slouží k přenosu tepla z jednoho nosiče tepla do druhého, proto platí základní ustanovení tepelného výpočtu jsou pro ně stejné. ... Rozdíl může být pouze konečným účelem vypořádání. Při návrhu nového tepelného výměníku je úkolem výpočtu určit topnou plochu; při ověřovacím tepelném výpočtu stávajícího výměníku tepla je nutné zjistit množství přeneseného tepla a konečné teploty pracovních kapalin.

Výpočet tepla je v obou případech založen na rovnicích tepelné bilance a rovnici přenosu tepla.

Rovnice tepelné rovnováhy výměníku tepla má tvar:

kde M je hmotnostní průtok chladicí kapaliny, kg / s; cpm - měrná hmotnost isobarické průměrné tepelné kapacity chladicí kapaliny, J / (kg * ° С).

Níže dolní index „1“ označuje hodnoty vztahující se k horké kapalině (primární nosič tepla) a dolní index „2“ - ke studené kapalině (sekundární nosič tepla); čára odpovídá teplotě kapaliny na vstupu do zařízení a dvě čáry - na výstupu.

Při výpočtu tepelných výměníků se často používá koncept celkové tepelné kapacity hmotnostního průtoku tepelného nosiče (ekvivalent vody), který se rovná C = Mav W / ° C. Z výrazu (1) vyplývá, že

to znamená, že poměr teplotních změn jednofázových kapalin pro přenos tepla je nepřímo úměrný poměru jejich celkové spotřeby tepelné kapacity (ekvivalenty vody).

Rovnice přenosu tepla je zapsána následovně: Q = k * F * (t1 - t2), kde t1, t2 jsou teploty primárního a sekundárního nosiče tepla; F je plocha přenosu tepla.

Během výměny tepla se ve většině případů mění teploty obou nosičů tepla, a proto se mění teplotní výška Δt = t1 - t2. Součinitel přestupu tepla na teplosměnné ploše bude mít také proměnnou hodnotu, proto by do rovnice přestupu tepla měly být dosazeny průměrné hodnoty teplotního rozdílu Δtav a součinitel přestupu tepla kcp, tj.

Q = kсp * F * Δtcp (3)

Plocha pro výměnu tepla F se vypočítá podle vzorce (3), přičemž je specifikován tepelný výkon Q. K vyřešení problému je nutné vypočítat součinitel přestupu tepla zprůměrovaný po celé ploše kсp a teplotní výšce Δtav.

Při výpočtu průměrného teplotního rozdílu je nutné vzít v úvahu povahu změny teplot tepelných nosičů podél teplosměnné plochy. Z teorie tepelné vodivosti je známo, že v desce nebo válcové tyči v přítomnosti teplotního rozdílu na koncích (boční povrchy jsou izolované) je distribuce teploty po délce lineární. Pokud k výměně tepla dochází na boční ploše nebo pokud má systém vnitřní zdroje tepla, je distribuce teploty křivočará. Při rovnoměrném rozložení zdrojů tepla bude změna teploty po celé délce parabolická.

U tepelných výměníků se tedy povaha změny teplot tepelných nosičů liší od lineární a je určena celkovými tepelnými kapacitami C1 a C2 hmotnostních průtoků tepelných nosičů a směrem jejich vzájemného pohybu. (Obr. 2).

Z grafů je patrné, že změna teploty podél povrchu F není stejná. V souladu s rovnicí (2) bude větší změna teploty v tepelném nosiči s nižší tepelnou kapacitou hmotnostního toku. Pokud jsou nosiče tepla stejné, například ve výměníku tepla voda-voda, pak bude povaha změny teplot nosičů tepla zcela určena jejich průtoky a při nižším průtoku změna teploty bude velká.Při současném proudění je konečná teplota t "2 ohřátého média vždy nižší než teplota t" 1 topného média na výstupu z přístroje a při protiproudu může být konečná teplota t "2 vyšší než teplota t "1 (viz protiproud v případě, že C1> C2). V důsledku toho může být médium, které má být ohříváno protiproudým proudem, při stejné počáteční teplotě ohříváno na vyšší teplotu než při současném proudění.

Při současném proudění se teplotní výška podél topné plochy mění ve větší míře než při protiproudu. Současně je jeho průměrná hodnota v druhém případě větší, v důsledku čehož bude topná plocha zařízení s protiproudem menší. Za stejných podmínek bude tedy v tomto případě přenášeno více tepla. Na základě toho by měla být upřednostňována zařízení s protiproudem.

Na základě analytické studie výměníku tepla pracujícího podle schématu přímého proudění bylo zjištěno, že teplotní výška podél teplosměnné plochy se mění exponenciálně, takže průměrnou teplotní hlavu lze vypočítat podle vzorce:

kde Δtb je velký teplotní rozdíl mezi horkým a studeným nosičem tepla (od jednoho konce tepelného výměníku); Δtm - menší teplotní rozdíl (od druhého konce výměníku tepla).

Při dopředném toku Δtb = t'1 - t'2 a Δtm = t "1 - t" 2 (obr. 2). Tento vzorec platí také pro protiproud s jediným rozdílem, že pro případ, kdy C1 C2 Δtb = t" 1 - t'2 a Δtm = t'1 - t "2.

Průměrný teplotní rozdíl mezi dvěma médii, vypočítaný vzorcem (4), se nazývá střední logaritmický. teplotní hlava. Forma výrazu je dána povahou změny teploty podél topné plochy (křivočará závislost). Pokud by závislost byla lineární, měla by být teplotní výška určena jako aritmetický průměr (obr. 3.). Hodnota aritmetického průměru Δtа.av je vždy větší než střední logaritmická hodnota Δtl.av. Avšak v případech, kdy se teplotní výška podél délky tepelného výměníku změní nevýznamně, tj. Je splněna podmínka Δtb / Δtm <2, lze průměrný teplotní rozdíl vypočítat jako aritmetický průměr:

Průměrování teplotního rozdílu u zařízení s křížovými a smíšenými proudy se vyznačuje složitostí výpočtů, proto jsou pro řadu nejběžnějších schémat výsledky řešení obvykle uvedeny ve formě grafů. Isp. Literatura: 1) Základy tepelné energetiky, A.M. Litvin, Gosenergoizdat, 1958.2) Teplotekhnika, Bondarev V.A., Protskiy A.E., Grinkevich R.N. Minsk, ed. 2. „Vyšší škola“, 1976. 3) Tepelné inženýrství, vyd. 2, pod obecným vydavatelstvím. IN Sushkina, Moskva „Metalurgie“, 1973.

Druhy přenosu tepla

Nyní si promluvme o typech přenosu tepla - jsou pouze tři. Záření - přenos tepla zářením. Jako příklad si můžete představit opalování na pláži v teplém letním dni. A takové výměníky tepla lze dokonce najít na trhu (trubkové ohřívače vzduchu). Nejčastěji však pro vytápění obytných místností, pokojů v bytě kupujeme olejové nebo elektrické radiátory. Toto je příklad jiného typu přenosu tepla - konvekce. Konvekce může být přirozená, nucená (digestoř a v boxu je rekuperátor) nebo mechanicky indukovaná (například ventilátorem). Druhý typ je mnohem efektivnější.

Nejúčinnějším způsobem přenosu tepla je však tepelná vodivost nebo, jak se také říká, vedení (z anglického vedení - „vedení“). Každý inženýr, který se chystá provést tepelný výpočet tepelného výměníku, v první řadě přemýšlí o výběru účinného zařízení v co nejmenších rozměrech. A toho je dosaženo právě díky tepelné vodivosti. Příkladem toho je dnes nejúčinnější TOA - deskové výměníky tepla. Deska TOA je podle definice výměník tepla, který přenáší teplo z jedné chladicí kapaliny na druhou stěnou, která je odděluje. Maximální možná kontaktní plocha mezi dvěma médii, společně se správně zvolenými materiály, profilem desek a jejich tloušťkou, vám umožní minimalizovat velikost vybraného zařízení při zachování původních technických charakteristik požadovaných v technologickém procesu.

Typy výměníků tepla

Před výpočtem tepelného výměníku se určí jeho typ. Všechny TOA lze rozdělit do dvou velkých skupin: rekuperační a regenerativní tepelné výměníky. Hlavní rozdíl mezi nimi je následující: v rekuperačním TOA dochází k výměně tepla stěnou oddělující dvě chladicí kapaliny a v regeneračním TOA mají obě média přímý vzájemný kontakt, často se mísí a vyžadují následné oddělení ve speciálních odlučovačích. Rekuperační výměníky tepla se dělí na směšovací a výměníky s náplní (stacionární, klesající nebo mezilehlé). Zhruba řečeno, kbelík horké vody vystavený mrazu nebo sklenice horkého čaje umístěná do chladničky k ochlazení (nikdy to nedělejte!) Je příkladem takového míchání TOA. A nalitím čaje do talířku a jeho ochlazením tímto způsobem získáme příklad regenerativního tepelného výměníku s tryskou (talíř v tomto příkladu hraje roli trysky), který nejprve kontaktuje okolní vzduch a měří jeho teplotu , a poté odebírá část tepla z horkého čaje, který se do něj nalije. a snaží se obě média uvést do tepelné rovnováhy. Jak jsme však již dříve zjistili, je efektivnější použít tepelnou vodivost k přenosu tepla z jednoho média na druhé, proto jsou dnes samozřejmě užitečné TOA, které jsou dnes z hlediska přenosu tepla užitečnější (a široce používané) rekuperační.

Stanovení množství tepla

Rovnice přenosu tepla použitá pro ustálené jednotky času a procesů je následující:

Q = KFtcp (W)

V této rovnici:

• K je hodnota součinitele prostupu tepla (vyjádřená ve W / (m2 / K));
• tav - průměrný rozdíl v teplotních ukazatelích mezi různými nosiči tepla (hodnota může být uvedena jak ve stupních Celsia (0С), tak v kelvinech (K));
• F je hodnota povrchové plochy, pro kterou dochází k přenosu tepla (hodnota je uvedena v m2).

Rovnice umožňuje popsat proces, během kterého se teplo přenáší mezi nosiči tepla (z horkého na studený). Rovnice zohledňuje:

• přenos tepla z chladicí kapaliny (horké) na stěnu;
• parametry tepelné vodivosti stěny;
• přenos tepla ze stěny na chladicí kapalinu (studenou).

Tepelný a konstrukční výpočet

Jakýkoli výpočet rekuperačního výměníku tepla lze provést na základě výsledků tepelných, hydraulických a pevnostních výpočtů. Jsou zásadní, povinné při konstrukci nového zařízení a tvoří základ výpočetní metody pro následné modely linky stejného typu zařízení. Hlavním úkolem tepelného výpočtu TOA je určit požadovanou plochu teplosměnné plochy pro stabilní provoz výměníku tepla a udržení požadovaných parametrů média na výstupu. Při takových výpočtech dostávají inženýři často libovolné hodnoty hmotnostních a velikostních charakteristik budoucího zařízení (materiál, průměr potrubí, velikosti desek, geometrie paprsku, typ a materiál žebrování atd.), Proto po tepelný se obvykle provádí konstruktivní výpočet tepelného výměníku. Ve skutečnosti, pokud v první fázi inženýr vypočítal požadovanou plochu pro daný průměr potrubí, například 60 mm, a délka výměníku tepla se tak ukázala být asi šedesát metrů, pak je logičtější předpokládat přechod na víceprůchodový výměník tepla nebo na trubkový typ nebo ke zvětšení průměru trubek.

Mechanismy přenosu tepla při výpočtu výměníků tepla

Tři hlavní typy přenosu tepla jsou konvekce, vedení tepla a záření.

V procesech výměny tepla probíhajících v souladu s principy mechanismu vedení tepla se tepelná energie přenáší ve formě přenosu energie elastických atomových a molekulárních vibrací. Přenos této energie mezi různými atomy je ve směru snižování.

Výpočet charakteristik přenosu tepelné energie principem tepelné vodivosti se provádí podle Fourierova zákona

Údaje o ploše, tepelné vodivosti, teplotním gradientu, době toku se používají k výpočtu množství tepelné energie.Koncept teplotního gradientu je definován jako změna teploty ve směru přenosu tepla o jednu nebo jinou jednotku délky.

Tepelná vodivost je rychlost procesu výměny tepla, tj. množství tepelné energie procházející jakoukoli jednotkou povrchu za jednotku času.

Jak víte, kovy se vyznačují nejvyšším koeficientem tepelné vodivosti ve srovnání s jinými materiály, což je třeba vzít v úvahu při jakémkoli výpočtu procesů výměny tepla. Pokud jde o kapaliny, mají zpravidla relativně nižší koeficient tepelné vodivosti ve srovnání s těly v pevném stavu agregace.

Je možné vypočítat množství přenesené tepelné energie pro výpočet tepelných výměníků, ve kterých se tepelná energie přenáší mezi různými médii přes zeď, pomocí Fourierovy rovnice. Je definována jako množství tepelné energie procházející rovinou, která se vyznačuje velmi malou tloušťkou:

Po provedení některých matematických operací získáme následující vzorec

Lze dojít k závěru, že pokles teploty uvnitř stěny se provádí v souladu se zákonem přímky.

Hydraulický výpočet

K určení a optimalizaci hydraulických (aerodynamických) tlakových ztrát ve výměníku tepla ak výpočtu nákladů na jejich překonání jsou prováděny hydraulické nebo hydromechanické a aerodynamické výpočty. Výpočet jakékoli cesty, kanálu nebo potrubí pro průchod chladicí kapaliny představuje pro člověka primární úkol - zintenzivnit proces přenosu tepla v této oblasti. To znamená, že jedno médium by mělo přenášet a druhé by mělo přijímat co nejvíce tepla v minimálním intervalu svého toku. K tomu se často používá další povrch pro výměnu tepla ve formě rozvinutého žebrování povrchu (k oddělení hraniční laminární podvrstvy a zvýšení turbulizace toku). Optimální poměr vyvážení hydraulických ztrát, povrchové výměny tepla, hmotnostních a velikostních charakteristik a odebraného tepelného výkonu je výsledkem kombinace tepelného, ​​hydraulického a konstruktivního výpočtu TOA.

Výpočet ověření

Výpočet tepelného výměníku se provádí v případě, že je nutné položit rezervu pro výkon nebo pro plochu teplosměnné plochy. Povrch je vyhrazen z různých důvodů a v různých situacích: pokud je to požadováno podle zadání, pokud se výrobce rozhodne přidat další rezervu, aby se ujistil, že takový výměník tepla bude fungovat a aby se minimalizovaly chyby provedeno ve výpočtech. V některých případech je k zaokrouhlování výsledků konstrukčních rozměrů nutná nadbytečnost, v jiných (výparníky, ekonomizéry) se do výpočtu kapacity znečištění výměníku oleje kompresorovým olejem přítomným v chladicím okruhu zavádí povrchová rezerva. A je třeba vzít v úvahu nízkou kvalitu vody. Po určité době nepřerušovaného provozu výměníků tepla, zejména při vysokých teplotách, se usazeniny usazují na teplosměnném povrchu zařízení, čímž se snižuje součinitel přestupu tepla a nevyhnutelně to vede k parazitnímu úbytku tepla. Proto příslušný technik při výpočtu tepelného výměníku voda-voda věnuje zvláštní pozornost dodatečné redundanci teplosměnné plochy. Provádí se také ověřovací výpočet, aby se zjistilo, jak bude vybrané zařízení fungovat v jiných, sekundárních režimech. Například v centrálních klimatizačních zařízeních (jednotkách přívodu vzduchu) se první a druhé topné těleso používané v chladném období často používají v létě k ochlazování přiváděného vzduchu dodáváním studené vody do trubek vzduchového výměníku tepla.Jak budou fungovat a jaké parametry budou rozdávat, vám umožní vyhodnotit ověřovací výpočet.

Zařízení a princip činnosti

Zařízení pro výměnu tepla na moderním trhu je prezentováno v široké škále.

Celý dostupný sortiment produktů této řady lze rozdělit do dvou typů, například:

• agregáty desek;
• zařízení typu shell-and-tube.

Druhý typ se kvůli své nízké účinnosti a velké velikosti téměř dnes na trhu neprodává. Deskový výměník tepla se skládá ze stejných vlnitých desek, které jsou připevněny k robustnímu kovovému rámu. Prvky jsou umístěny ve vzájemném zrcadlovém obrazu a mezi nimi jsou ocelová a gumová těsnění. Užitečná oblast přenosu tepla přímo závisí na velikosti a počtu desek.

Desková zařízení lze rozdělit do dvou poddruhů na základě konfigurace, například:

• pájené jednotky;
• ploché výměníky tepla.

Skládací zařízení se liší od produktů typu pájené sestavy v tom, že jakmile je to nutné, lze zařízení upgradovat a upravit podle osobních potřeb, například přidat nebo odebrat určitý počet desek. Těsněné výměníky tepla jsou žádané v oblastech, kde se pro domácí potřeby používá tvrdá voda, a to díky vlastnostem, ve kterých se na prvcích jednotky hromadí nápoj a různé nečistoty. Tyto novotvary nepříznivě ovlivňují účinnost zařízení, proto je třeba je pravidelně čistit a díky jejich konfiguraci je to vždy možné.

Nedemontovatelná zařízení se vyznačují následujícími funkcemi:

• vysoká úroveň odolnosti proti vysokým výkyvům tlaku a teploty;
• dlouhá životnost;
• lehká váha.

Pájené sestavy jsou čištěny bez demontáže celé konstrukce.

Na základě výpočtu typu a možnosti instalace jednotky je třeba rozlišovat dva typy výměníků tepla pro ohřev teplé vody.

• Vnitřní výměníky tepla jsou umístěny v samotných topných zařízeních - pecích, kotlích a dalších. Instalace tohoto druhu vám umožní dosáhnout maximální účinnosti během provozu výrobků, protože tepelné ztráty pro ohřev skříně budou minimální. Tato zařízení jsou zpravidla zabudována do kotle již ve fázi výroby kotlů. To značně usnadňuje instalaci a uvedení do provozu, protože stačí upravit požadovaný režim provozu tepelného výměníku.

• Externí výměníky tepla musí být připojeny odděleně od zdroje tepla. Taková zařízení jsou relevantní pro použití v případech, kdy provoz zařízení závisí na vzdáleném zdroji topení. Příkladem jsou domy s centralizovaným vytápěním. V tomto provedení funguje domácí spotřebič, který ohřívá vodu, jako externí zařízení.

Vezmeme-li v úvahu typ materiálu, ze kterého se dělí, je třeba zdůraznit následující modely:

• ocelové výměníky tepla;
• zařízení z litiny.

Kromě toho vynikají systémy pájené mědí. Používají se pro dálkové vytápění v bytových domech.

Následující vlastnosti by měly být považovány za vlastnosti litinového zařízení:

• surovina se ochladí poměrně pomalu, což šetří provoz celého topného systému;
• materiál má vysokou tepelnou vodivost, všechny výrobky z litiny mají vlastní vlastnosti, ve kterých se velmi rychle zahřívá a vydává teplo dalším prvkům;
• surovina je odolná proti tvorbě vodního kamene na základně, navíc odolnější vůči korozi;
• instalací dalších sekcí můžete zvýšit výkon a funkčnost jednotky jako celku;
• výrobky z tohoto materiálu lze přepravovat po částech, které je rozbijí na části, což usnadňuje proces dodávky a také instalaci a údržbu tepelného výměníku.

Navrhujeme, abyste se seznámili s: Kterou stranou umístit parozábranu a - DOLGOSTROI.PRO
Stejně jako jakýkoli jiný produkt má takové závislé zařízení následující nevýhody:

• litina je pozoruhodná svou nízkou odolností proti ostrým výkyvům teploty, takové jevy mohou být plné tvorby trhlin na zařízení, které negativně ovlivní výkon výměníku tepla;
• i když mají velké rozměry, litinové jednotky jsou velmi křehké, a proto je mechanické poškození, zejména při přepravě produktů, může vážně poškodit;
• materiál je náchylný k suché korozi;
• velká hmotnost a rozměry zařízení někdy komplikují vývoj a instalaci systému.

Ocelové výměníky tepla pro zásobování horkou vodou se vyznačují následujícími výhodami:

• vysoká tepelná vodivost;
• malá hmotnost výrobků. Ocel neztěžuje systém, proto jsou taková zařízení nejlepší volbou, když je zapotřebí výměník tepla, jehož úkolem je obsluhovat velkou plochu;
• ocelové jednotky jsou odolné vůči mechanickému namáhání;
• ocelový výměník tepla nereaguje na teplotní výkyvy uvnitř konstrukce;
• materiál má dobré vlastnosti pružnosti, avšak dlouhodobý kontakt s vysoce zahřátým nebo chlazeným médiem může vést ke vzniku trhlin v oblasti svarů.

Mezi nevýhody zařízení patří následující funkce:

• náchylnost k elektrochemické korozi. Proto při neustálém kontaktu s agresivním prostředím se výrazně sníží životnost zařízení;
• zařízení nemají schopnost zvyšovat efektivitu práce;
• ocelová jednotka ztrácí teplo velmi rychle, což je plné zvýšené spotřeby paliva pro produktivní provoz;
• nízká úroveň udržovatelnosti. Je téměř nemožné opravit zařízení vlastními rukama;
• finální montáž ocelového výměníku tepla se provádí v podmínkách dílny, kde byl vyroben. Jednotky jsou monolitické bloky velké velikosti, kvůli nimž jsou potíže s jejich dodávkou.

Někteří výrobci za účelem zvýšení kvality ocelových výměníků tepla zakrývají jeho vnitřní stěny litinou, čímž zvyšují spolehlivost konstrukce.

Moderní výměníky tepla jsou jednotky, jejichž provoz je založen na různých principech:

• zavlažování;
• ponorné;
• pájené;
• povrchní;
• skládací;
• žebrovaná lamela;
• míchání;
• shell-and-tube a další.

Deskové výměníky tepla pro zásobování teplou vodou a vytápění jsou však příznivě srovnatelné s řadou dalších. Jedná se o průtoková ohřívače. Zařízení jsou série desek, mezi nimiž jsou vytvořeny dva kanály: horký a studený. Jsou odděleny ocelovým a gumovým těsněním, takže je vyloučeno míchání média.

Desky jsou sestaveny do jednoho bloku. Tento faktor určuje funkčnost zařízení. Desky mají stejnou velikost, ale jsou umístěny na otočení o 180 stupňů, což je důvodem pro vytvoření dutin, kterými se přepravují kapaliny. Takto se vytváří střídání studeného a horkého kanálu a proces výměny tepla.

Recirkulace v tomto typu zařízení je intenzivní. Podmínky, ve kterých bude tepelný výměník pro systémy zásobování horkou vodou používán, závisí na materiálu těsnění, počtu desek, jejich velikosti a typu. Zařízení, která připravují teplou vodu, jsou vybavena dvěma okruhy: jedním pro přípravu teplé vody a druhým pro vytápění. Deskové stroje jsou bezpečné, produktivní a používají se v následujících oblastech:

• příprava nosiče tepla v systémech zásobování horkou vodou, ventilace a vytápění;
• chlazení potravinářských výrobků a průmyslových olejů;
• dodávka teplé vody pro sprchy v podnicích;
• pro přípravu nosiče tepla v systémech podlahového vytápění;
• pro přípravu nosiče tepla v potravinářském, chemickém a farmaceutickém průmyslu;
• ohřev vody v bazénu a další procesy výměny tepla.

Výzkumné výpočty

Výzkumné výpočty TOA jsou prováděny na základě získaných výsledků tepelných a ověřovacích výpočtů. Zpravidla jsou nezbytné pro provedení nejnovějších změn konstrukce promítaného zařízení. Rovněž jsou prováděny za účelem korekce rovnic stanovených v implementovaném výpočtovém modelu TOA, získaném empiricky (podle experimentálních údajů). Provádění výzkumných výpočtů zahrnuje desítky a někdy stovky výpočtů podle zvláštního plánu vyvinutého a implementovaného do výroby podle matematické teorie plánování experimentů. Podle výsledků je odhalen vliv různých podmínek a fyzikálních veličin na výkonnostní ukazatele TOA.

Další výpočty

Při výpočtu plochy tepelného výměníku nezapomeňte na odolnost materiálů. Výpočty pevnosti TOA zahrnují kontrolu navržené jednotky na napětí, kroucení, pro aplikaci maximálních přípustných provozních momentů na součásti a sestavy budoucího výměníku tepla. Při minimálních rozměrech musí být výrobek odolný, stabilní a zaručující bezpečný provoz v různých, i těch nejnáročnějších provozních podmínkách.

Dynamický výpočet se provádí za účelem stanovení různých charakteristik tepelného výměníku při různých režimech jeho provozu.

Trubkové výměníky tepla

Uvažujme o nejjednodušším výpočtu tepelného výměníku trubka v trubce. Strukturálně je tento typ TOA co nejvíce zjednodušen. Zpravidla se horké chladivo přivádí do vnitřní trubky zařízení, aby se minimalizovaly ztráty, a chladicí chladivo se vypouští do pláště nebo do vnější trubky. Úkol inženýra se v tomto případě omezuje na stanovení délky takového výměníku tepla na základě vypočítané plochy teplosměnné plochy a daných průměrů.

Zde je třeba dodat, že v termodynamice je zaveden koncept ideálního tepelného výměníku, tj. Zařízení nekonečné délky, kde chladicí kapaliny pracují v protiproudu a teplotní rozdíl mezi nimi je plně spuštěn. Konstrukce trubka v trubce je nejblíže splnění těchto požadavků. A pokud chladicí kapaliny spouštíte v protiproudu, pak to bude takzvaný „skutečný protiproud“ (a nikoli crossflow, jako v desce TOA). Teplotní hlava je nejúčinněji spuštěna s takovou organizací pohybu. Při výpočtu výměníku tepla trubka v trubce by však měl být realistický a nezapomínat na logistickou součást i na snadnou instalaci. Délka eurotrucku je 13,5 metru a ne všechny technické místnosti jsou přizpůsobeny pro smyk a instalaci zařízení této délky.

Jak vypočítat výměník tepla

Je bezpodmínečně nutné vypočítat spirálový výměník tepla, jinak jeho tepelný výkon nemusí stačit na vytápění místnosti. Topný systém je navržen tak, aby kompenzoval tepelné ztráty. Podle toho můžeme zjistit pouze přesné množství potřebné tepelné energie na základě tepelné ztráty budovy. Je poměrně obtížné provést výpočet, proto v průměru berou 100 W na 1 metr čtvereční s výškou stropu 2,7 m.

Mezi zatáčkami musí být mezera.

Pro výpočet jsou také vyžadovány následující hodnoty:

• Pi;
• průměr dostupné trubky (vezměte 10 mm);
• lambda tepelná vodivost kovu (pro měď 401 W / m * K);
• delta teploty přívodu a zpátečky chladicí kapaliny (20 stupňů).

Chcete-li určit délku potrubí, musíte vydělit celkový tepelný výkon ve W součinem výše uvedených faktorů.Zvažme použití příkladu měděného tepelného výměníku s požadovaným tepelným výkonem 3 kW - to je 3000 W.

3000 / 3,14 (Pi) * 401 (tepelná vodivost lambda) * 20 (teplotní delta) * 0,01 (průměr potrubí v metrech)

Z tohoto výpočtu vyplývá, že potřebujete 11,91 m měděné trubky o průměru 10 mm, aby byl tepelný výkon cívky 3 kW.

Plášťové a trubkové výměníky tepla

Proto výpočet takového zařízení velmi často plynule přechází do výpočtu výměníku tepla typu skořepina a trubka. Jedná se o zařízení, ve kterém je svazek trubek umístěn v jediném pouzdru (pouzdru), které je umyto různými chladicími kapalinami, v závislosti na účelu zařízení. Například v kondenzátorech proudí chladivo do pláště a voda do potrubí. U tohoto způsobu přesunu média je pohodlnější a efektivnější řídit provoz zařízení. Ve výparnících naopak chladivo v trubkách vře a současně je omývá chlazená kapalina (voda, solanky, glykoly atd.). Výpočet tepelného výměníku typu shell-and-tube je proto omezen na minimalizaci velikosti zařízení. Při hraní s průměrem pláště, průměrem a počtem vnitřních trubek a délkou přístroje dosáhne technik vypočítané hodnoty plochy teplosměnné plochy.

Vzduchové výměníky tepla

Jedním z nejběžnějších výměníků tepla dnes jsou žebrované trubkové výměníky tepla. Také se jim říká cívky. Všude tam, kde nejsou nainstalovány, počínaje jednotkami fan-coil (z anglického fan + coil, tj. „Fan“ + „coil“) ve vnitřních blocích dělených systémů a končící obřími rekuperátory spalin (odběr tepla z horkých spalin a převést pro potřeby vytápění) v kotelnách na KVET. Proto návrh spirálového výměníku tepla závisí na aplikaci, kde bude výměník tepla uveden do provozu. Průmyslové chladiče vzduchu (VOP), instalované v komorách na mražení masa, v mrazničkách s nízkými teplotami a na jiných předmětech chlazení potravin, vyžadují ve své činnosti určité konstrukční prvky. Vzdálenost mezi lamelami (lamelami) by měla být co největší, aby se prodloužila doba nepřetržitého provozu mezi cykly odmrazování. Odpařovače pro datová centra (centra pro zpracování dat) jsou naopak vyrobeny co nejkompaktněji a mezery jsou omezeny na minimum. Takové výměníky tepla pracují v „čistých zónách“ obklopených jemnými filtry (až do třídy HEPA), proto se takový výpočet trubkového výměníku tepla provádí s důrazem na minimalizaci velikosti.

Typy spirálových výměníků tepla

Vyhřívaný držák na ručník je také výměník tepla cívky.

Cívku můžete vyrobit vlastními rukama různých provedení a z několika druhů kovů (ocel, měď, hliník, litina). Výrobky z hliníku a litiny jsou lisovány v továrnách, protože požadovaných podmínek pro práci s těmito kovy lze dosáhnout pouze ve výrobních podmínkách. Bez toho bude možné pracovat pouze s ocelí nebo mědí. Nejlepší je použít měď, protože je tvárná a má vysoký stupeň tepelné vodivosti. Existují dvě schémata pro výrobu cívky:

• šroub;
• paralelní.

Ze spirálového schématu vyplývá umístění spirálových závitů podél spirálové linie. Chladicí kapalina v těchto tepelných výměnících se pohybuje jedním směrem. V případě potřeby lze pro zvýšení tepelného výkonu kombinovat několik spirál podle principu „potrubí v potrubí“.

Chcete-li co nejvíce minimalizovat tepelné ztráty, musíte si vybrat, jaký druh izolace je nejlepší izolovat dům zvenčí. Záleží také na materiálu stěn.

Je nutné zvolit izolaci dřevěného domu na základě paropropustnosti tepelné izolace.

V paralelním okruhu chladicí kapalina neustále mění směr pohybu. Takový výměník tepla je vyroben z přímých trubek spojených kolenem o 180 stupňů.V některých případech, například pro výrobu topného registru, se nemusí používat otočná kolena. Místo nich je nainstalován přímý obtok, který může být umístěn jak na jednom, tak na obou koncích potrubí.

Metody přenosu tepla

Princip činnosti spirálového výměníku tepla je ohřívat jednu látku na úkor tepla druhé. Voda ve výměníku tepla tak může být ohřívána otevřeným plamenem. V tomto případě bude fungovat jako chladič. Ale také samotná cívka může fungovat jako zdroj tepla. Například když chladicí kapalina protéká trubkami ohřátými v kotli nebo pomocí zabudovaného elektrického topného tělesa a jeho teplo se přenáší do vody z topného systému. Konečným účelem přenosu tepla je v zásadě ohřívat vnitřní vzduch.

Deskové výměníky tepla

V současné době jsou deskové výměníky tepla stabilní. Podle jejich konstrukce jsou zcela skládací a částečně svařované, pájené mědí a niklem, svařované a pájené metodou difúze (bez pájky). Tepelná konstrukce deskového výměníku tepla je dostatečně flexibilní a pro inženýra nijak zvlášť obtížná. V procesu výběru můžete hrát s typem desek, hloubkou děrování kanálů, typem žebrování, tloušťkou oceli, různými materiály a co je nejdůležitější - četnými modely zařízení standardní velikosti různých rozměrů. Takové výměníky tepla jsou nízké a široké (pro parní ohřev vody) nebo vysoké a úzké (oddělovací výměníky tepla pro klimatizační systémy). Často se používají pro média s fázovou změnou, tj. Jako kondenzátory, výparníky, přehřívače, předkondenzátory atd. Je o něco obtížnější provést tepelný výpočet tepelného výměníku pracujícího podle dvoufázového schématu než kapalina - výměník tepla na kapalinu, ale pro zkušeného inženýra je tento úkol řešitelný a nijak zvlášť obtížný. K usnadnění těchto výpočtů používají moderní designéři technické počítačové základny, kde najdete spoustu potřebných informací, včetně diagramů stavu jakéhokoli chladiva v jakémkoli skenování, například program CoolPack.