لا يستغرق حساب المبادل الحراري حاليًا أكثر من خمس دقائق. أي منظمة تصنع وتبيع هذه المعدات ، كقاعدة عامة ، توفر للجميع برنامج الاختيار الخاص بها. يمكنك تنزيله مجانًا من موقع الشركة على الويب ، أو سيأتي فنيهم إلى مكتبك ويقوم بتثبيته مجانًا. ومع ذلك ، ما مدى صحة نتيجة هذه الحسابات ، هل يمكن الوثوق بها ، وهل المصنع لا يكره عند خوض منافسة في مناقصة؟ يتطلب التحقق من الآلة الحاسبة الإلكترونية معرفة أو على الأقل فهمًا لمنهجية الحساب للمبادلات الحرارية الحديثة. دعنا نحاول معرفة التفاصيل.
ما هو مبادل حراري
قبل حساب المبادل الحراري ، دعونا نتذكر ، ما هو نوع الجهاز؟ جهاز التبادل الحراري والكتل (المعروف أيضًا باسم المبادل الحراري ، أو المبادل الحراري ، أو TOA) هو جهاز لنقل الحرارة من ناقل حراري إلى آخر. في عملية تغيير درجات حرارة المبردات ، تتغير أيضًا كثافتها ، وبالتالي ، مؤشرات كتلة المواد. هذا هو السبب في أن مثل هذه العمليات تسمى نقل الحرارة والكتلة.
المفاهيم الأساسية لانتقال الحرارة للحساب
يتم حساب المبادلات الحرارية باستخدام المعلومات الأساسية لقوانين التبادل الحراري.
في هذه المقالة ، سننظر في بعض المفاهيم المستخدمة في مثل هذه الحسابات.
- حرارة نوعية هي كمية الطاقة الحرارية المطلوبة لتسخين كيلوغرام واحد من المادة لكل درجة مئوية. بناءً على المعلومات المتعلقة بالسعة الحرارية ، يظهر مقدار الحرارة المتراكمة. لحساب الطاقة الحرارية ، يتم أخذ متوسط قيمة السعة الحرارية في نطاق معين من مؤشرات درجة الحرارة.
- تسمى كمية الطاقة الحرارية المطلوبة لتسخين 1 كجم من مادة ما من الصفر إلى درجة الحرارة المطلوبة المحتوى الحراري المحدد.
- الحرارة النوعية للتحولات الكيميائية هي كمية الطاقة الحرارية المنبعثة في عملية التحول الكيميائي لأي وحدة وزن لمادة ما.
- الحرارة النوعية لتحولات الطور يحدد مقدار الطاقة الحرارية الممتصة أو المنبعثة أثناء تحول أي وحدة كتلة من مادة من مادة صلبة إلى سائلة ، من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية للتجمع ، إلخ.
ستساعدك الآلة الحاسبة عبر الإنترنت لحساب المبادل الحراري في الحصول على حل في 15 دقيقة. أو يمكنك استخدام النظرية الخاصة بالمبادل الحراري من نوع اللوحة ، الموضحة أدناه في هذه المقالة ، وإجراء الحسابات اللازمة بنفسك.
أنواع انتقال الحرارة
الآن دعنا نتحدث عن أنواع نقل الحرارة - هناك ثلاثة منهم فقط. الإشعاع - انتقال الحرارة من خلال الإشعاع. كمثال ، يمكنك التفكير في حمامات الشمس على الشاطئ في يوم صيفي دافئ. ويمكن حتى العثور على مثل هذه المبادلات الحرارية في السوق (سخانات الهواء الأنبوبية). ومع ذلك ، في أغلب الأحيان لتدفئة أماكن المعيشة ، والغرف في الشقة ، نشتري الزيت أو المشعات الكهربائية. هذا مثال على نوع آخر من نقل الحرارة - الحمل الحراري. يمكن أن يكون الحمل الحراري طبيعيًا أو قسريًا (غطاء محرك السيارة ، وهناك جهاز تعافي في الصندوق) أو ناتجًا ميكانيكيًا (باستخدام مروحة ، على سبيل المثال). النوع الأخير أكثر كفاءة.
ومع ذلك ، فإن الطريقة الأكثر فعالية لنقل الحرارة هي التوصيل الحراري ، أو كما يطلق عليه أيضًا التوصيل (من التوصيل الإنجليزي - "التوصيل"). يفكر أي مهندس يقوم بإجراء حساب حراري لمبادل حراري ، أولاً وقبل كل شيء ، في اختيار معدات فعالة في أصغر أبعاد ممكنة.ويتم تحقيق ذلك على وجه التحديد بسبب التوصيل الحراري. مثال على ذلك هو أكثر TOA كفاءة اليوم - المبادلات الحرارية للوحة. لوحة TOA ، بحكم تعريفها ، عبارة عن مبادل حراري ينقل الحرارة من مبرد إلى آخر عبر الجدار الذي يفصل بينهما. تتيح لك أقصى منطقة اتصال ممكنة بين وسيطين ، جنبًا إلى جنب مع المواد المختارة بشكل صحيح ، وملف تعريف الألواح وسمكها ، تقليل حجم المعدات المحددة مع الحفاظ على الخصائص التقنية الأصلية المطلوبة في العملية التكنولوجية.
أنواع المبادلات الحرارية
قبل حساب المبادل الحراري ، يتم تحديدها بنوعها. يمكن تقسيم كل TOA إلى مجموعتين كبيرتين: المبادلات الحرارية الاسترداد والمتجددة. الفرق الرئيسي بينهما هو كما يلي: في TOA التعافي ، يحدث التبادل الحراري من خلال جدار يفصل بين اثنين من المبردات ، وفي TOA التجديدي ، يكون للوسيطين اتصال مباشر مع بعضهما البعض ، وغالبًا ما يتم الخلط ويتطلب فصلًا لاحقًا في فواصل خاصة. تنقسم المبادلات الحرارية المتجددة إلى مبادلات خلط ومبادلات حرارية مع تعبئة (ثابتة أو ساقطة أو وسيطة). بشكل تقريبي ، دلو من الماء الساخن معرض للصقيع أو كوب من الشاي الساخن يوضع في الثلاجة ليبرد (لا تفعل ذلك أبدًا!) هو مثال على خلط TOA. وعن طريق سكب الشاي في صحن وتبريده بهذه الطريقة ، نحصل على مثال لمبادل حراري متجدد بفوهة (يلعب الصحن في هذا المثال دور الفوهة) ، والذي يتلامس أولاً مع الهواء المحيط ويأخذ درجة حرارته ، ثم يأخذ بعض الحرارة من الشاي الساخن الذي يُسكب فيه ، في محاولة لإحضار كلا الوسطين إلى التوازن الحراري. ومع ذلك ، كما اكتشفنا سابقًا ، من الأكثر كفاءة استخدام الموصلية الحرارية لنقل الحرارة من وسيط إلى آخر ، وبالتالي ، فإن TOA الأكثر فائدة من حيث نقل الحرارة (والمستخدمة على نطاق واسع) اليوم ، بالطبع ، متعافي.
مثال على حساب المبادل الحراري
لحساب الطاقة المطلوبة (س 0) ، يتم استخدام صيغة توازن الحرارة. هنا الأربعاء بمثابة سعة حرارية محددة (قيمة جدولية). لتبسيط العمليات الحسابية ، يمكنك أن تأخذ المستوى المنخفض من السعة الحرارية
يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه وفقًا للصيغة ، بغض النظر عن الجانب الذي يتم إجراء الحساب عليه.
بعد ذلك ، تحتاج إلى العثور على مساحة السطح المطلوبة بناءً على معادلة نقل الحرارة الأساسية ، حيث ك هو معامل انتقال الحرارة ، و سجل ΔTav. - متوسط درجة الحرارة اللوغاريتمية ، محسوبة بالصيغة:
مع معامل انتقال حراري غير مؤكد ، يتم حساب المبادل الحراري من نوع اللوحة باستخدام طريقة أكثر تعقيدًا. يمكن استخدام الصيغة لحساب معيار رينولدز.
بعد أن وجدنا في الجدول قيمة معيار Prandtl الذي نحتاجه ، يمكننا حساب معيار Nusselt للصيغة ، حيث ن = 0.3 - عند تبريد السائل ، ن = 0.4 - عند تسخين السائل.
علاوة على ذلك ، بناءً على الصيغة ، يمكنك حساب معامل انتقال الحرارة من أي حامل حرارة إلى الحائط ، ووفقًا للصيغة ، حدد معامل نقل الحرارة المستبدَل في الصيغة ، التي يتم بها حساب مساحة سطح نقل الحرارة.
الحساب الحراري والبنيوي
يمكن إجراء أي حساب لمبادل حراري استرداد بناءً على نتائج الحسابات الحرارية والهيدروليكية وحسابات القوة. إنها أساسية وإلزامية في تصميم المعدات الجديدة وتشكل أساس طريقة الحساب للنماذج اللاحقة لخط نفس النوع من الأجهزة. تتمثل المهمة الرئيسية للحساب الحراري لـ TOA في تحديد المساحة المطلوبة لسطح التبادل الحراري للتشغيل المستقر للمبادل الحراري والحفاظ على المعلمات المطلوبة للوسائط عند المنفذ.في كثير من الأحيان ، في مثل هذه الحسابات ، يتم إعطاء المهندسين قيمًا تعسفية لخصائص الكتلة والحجم للمعدات المستقبلية (المواد ، قطر الأنبوب ، أبعاد اللوحة ، هندسة الحزمة ، نوع ومواد الزعانف ، إلخ) ، وبالتالي ، بعد واحد حراري ، وعادة ما يتم إجراء حساب بناء للمبادل الحراري. في الواقع ، إذا قام المهندس في المرحلة الأولى بحساب مساحة السطح المطلوبة لقطر أنبوب معين ، على سبيل المثال ، 60 مم ، وكان طول المبادل الحراري حوالي ستين مترًا ، فمن المنطقي أكثر افتراض الانتقال إلى مبادل حراري متعدد التمريرات ، أو إلى نوع غلاف وأنبوب ، أو لزيادة قطر الأنابيب.
الحساب الهيدروليكي
يتم إجراء الحسابات الهيدروليكية أو الميكانيكية المائية ، وكذلك الحسابات الديناميكية الهوائية من أجل تحديد وتحسين خسائر الضغط الهيدروليكي (الديناميكي الهوائي) في المبادل الحراري ، وكذلك لحساب تكاليف الطاقة للتغلب عليها. يشكل حساب أي مسار أو قناة أو أنبوب لمرور المبرد مهمة أساسية للشخص - لتكثيف عملية نقل الحرارة في هذه المنطقة. بمعنى ، يجب أن ينتقل أحد الوسطاء ، ويجب أن يتلقى الآخر أكبر قدر ممكن من الحرارة عند أدنى فترة زمنية لتدفقه. لهذا ، غالبًا ما يتم استخدام سطح إضافي للتبادل الحراري ، في شكل تضليع سطحي متطور (لفصل الطبقة الفرعية الصفحية الحدودية وتعزيز اضطراب التدفق). إن نسبة التوازن الأمثل للخسائر الهيدروليكية ، ومساحة سطح التبادل الحراري ، وخصائص الوزن والحجم والقوة الحرارية التي تمت إزالتها هي نتيجة مزيج من الحساب الحراري والهيدروليكي والبناء لـ TOA.
حساب التحقق
يتم حساب المبادل الحراري في الحالة التي يكون فيها من الضروري وضع هامش للطاقة أو لمنطقة سطح التبادل الحراري. السطح محجوز لأسباب مختلفة وفي مواقف مختلفة: إذا كان ذلك مطلوبًا وفقًا للاختصاصات ، إذا قررت الشركة المصنعة إضافة هامش إضافي للتأكد من أن مثل هذا المبادل الحراري سيبدأ التشغيل ، وللتقليل أخطاء في الحسابات. في بعض الحالات ، يكون التكرار مطلوبًا لتقريب نتائج أبعاد التصميم ، وفي حالات أخرى (المبخرات ، المقتصدات) ، يتم إدخال هامش سطحي بشكل خاص في حساب سعة المبادل الحراري للتلوث بزيت الضاغط الموجود في دائرة التبريد. ويجب مراعاة الجودة المنخفضة للمياه. بعد مرور بعض الوقت من التشغيل المستمر للمبادلات الحرارية ، خاصة في درجات الحرارة المرتفعة ، يستقر المقياس على سطح التبادل الحراري للجهاز ، مما يقلل من معامل انتقال الحرارة ويؤدي حتماً إلى انخفاض طفيلي في إزالة الحرارة. لذلك ، فإن المهندس المختص ، عند حساب المبادل الحراري من الماء إلى الماء ، يولي اهتمامًا خاصًا للتكرار الإضافي لسطح التبادل الحراري. يتم إجراء حساب التحقق أيضًا لمعرفة كيفية عمل الجهاز المحدد في أوضاع ثانوية أخرى. على سبيل المثال ، في مكيفات الهواء المركزية (وحدات إمداد الهواء) ، غالبًا ما تستخدم سخانات التدفئة الأولى والثانية ، المستخدمة في موسم البرد ، في فصل الصيف لتبريد الهواء الوارد عن طريق توفير الماء البارد لأنابيب المبادل الحراري للهواء. كيف سيعملون وما هي المعلمات التي سيقدمونها تسمح لك بتقييم حساب التحقق.
البيانات المطلوبة
لحساب المبادل الحراري ، من الضروري توفير البيانات التالية:
- مدخل ومخرج درجات الحرارة على كلا الدائرتين. كلما زاد الاختلاف بينهما ، قلت أبعاد وسعر المبادل الحراري المناسب ؛
- الحد الأقصى لمستوى الضغط ودرجة الحرارة لوسط العمل. كلما انخفضت المعلمات ، كانت الوحدة أرخص ؛
- مؤشر لمعدل التدفق الكتلي لسائل التبريد في كلتا الدائرتين. يحدد صبيب الوحدات.غالبا ما يشار إلى استهلاك المياه. إذا قمت بضرب أرقام الإنتاجية والكثافة ، تحصل على إجمالي تدفق الكتلة ؛
- الطاقة الحرارية (الحمل). تحدد كمية الحرارة التي تطلقها الوحدة. يتم حساب الحمل الحراري للمبادل الحراري وفقًا للصيغة P = m × cp × δt ، حيث m تعني معدل تدفق الوسط ، و cp هو السعة الحرارية المحددة ، و t هو فرق درجة الحرارة عند مدخل ومخرج الدائرة.
لحساب انتقال الحرارة للمبادل الحراري ، يجب مراعاة الخصائص الإضافية. يحدد نوع وسيط العمل ومؤشر اللزوجة مادة المبادل الحراري. ستحتاج إلى بيانات حول متوسط درجة الحرارة (محسوبة بالصيغة) ومستوى تلوث بيئة العمل. نادرًا ما تؤخذ المعلمة الأخيرة في الاعتبار ، لأنها مطلوبة فقط في حالات استثنائية.
يتطلب حساب قوة المبادل الحراري معلومات دقيقة حول المعلمات المذكورة أعلاه. يمكن الحصول على المعلومات من TU أو العقد من مؤسسة إمداد الحرارة ، وكذلك اختصاصات المهندس.
حسابات البحث
يتم إجراء الحسابات البحثية لـ TOA على أساس النتائج التي تم الحصول عليها من الحسابات الحرارية والتحقق. كقاعدة عامة ، فهي ضرورية لإجراء أحدث التعديلات على تصميم الجهاز المتوقع. يتم تنفيذها أيضًا من أجل تصحيح أي معادلات منصوص عليها في نموذج الحساب المنفذ TOA ، والتي تم الحصول عليها تجريبياً (وفقًا للبيانات التجريبية). يتضمن إجراء حسابات البحث عشرات ، وأحيانًا مئات الحسابات وفقًا لخطة خاصة تم تطويرها وتنفيذها في الإنتاج وفقًا للنظرية الرياضية لتخطيط التجربة. وفقًا للنتائج ، تم الكشف عن تأثير الظروف المختلفة والكميات المادية على مؤشرات أداء TOA.
حسابات أخرى
عند حساب مساحة المبادل الحراري ، لا تنس مقاومة المواد. تتضمن حسابات قوة TOA فحص الوحدة المصممة للضغط والالتواء لتطبيق أقصى لحظات التشغيل المسموح بها على أجزاء وتجميعات المبادل الحراري المستقبلي. مع الحد الأدنى من الأبعاد ، يجب أن يكون المنتج متينًا ومستقرًا ويضمن التشغيل الآمن في مختلف ، وحتى في ظروف التشغيل الأكثر إرهاقًا.
يتم إجراء الحساب الديناميكي من أجل تحديد الخصائص المختلفة للمبادل الحراري في أوضاع التشغيل المتغيرة.
المبادلات الحرارية الأنبوبية في الأنبوب
لنفكر في أبسط عملية حسابية لمبادل حراري داخل الأنبوب. من الناحية الهيكلية ، يتم تبسيط هذا النوع من TOA قدر الإمكان. كقاعدة عامة ، يُسمح بمبرد ساخن في الأنبوب الداخلي للجهاز لتقليل الخسائر ، ويتم إطلاق مبرد تبريد في الغلاف أو في الأنبوب الخارجي. يتم تقليل مهمة المهندس في هذه الحالة إلى تحديد طول هذا المبادل الحراري بناءً على المساحة المحسوبة لسطح التبادل الحراري والأقطار المحددة.
يجب أن نضيف هنا أن مفهوم المبادل الحراري المثالي يتم إدخاله في الديناميكا الحرارية ، أي جهاز ذو طول لانهائي ، حيث تعمل المبردات في تدفق معاكس ، ويتم تشغيل فرق درجة الحرارة بشكل كامل بينهما. تصميم الأنبوب في الأنبوب هو الأقرب لتلبية هذه المتطلبات. وإذا قمت بتشغيل المبردات بتدفق معاكس ، فسيكون هذا ما يسمى بـ "التدفق المعاكس الحقيقي" (وليس التدفق المتقاطع ، كما هو الحال في لوحة TOA). يتم تشغيل رأس درجة الحرارة بشكل أكثر كفاءة مع مثل هذا التنظيم للحركة. ومع ذلك ، عند حساب المبادل الحراري في الأنبوب ، يجب أن يكون المرء واقعيًا ولا ينسى عنصر اللوجستيات ، فضلاً عن سهولة التثبيت. يبلغ طول الشاحنة الأوروبية 13.5 مترًا ، ولم يتم تكييف جميع الغرف الفنية مع معدات التزلج بهذا الطول وتركيبها.
مخططات الاتصال
يحتوي المبادل الحراري الذي يعمل على مبدأ الماء إلى الماء على العديد من مخططات التوصيل المختلفة ، ومع ذلك ، يتم تثبيت حلقات النوع الأساسي على أنابيب التوزيع الخاصة بشبكة التدفئة (يمكن أن تكون خاصة أو تُباع بواسطة خدمات المدينة) ، والنوع الثانوي حلقات مثبتة على خط أنابيب إمدادات المياه.
في أغلب الأحيان ، يعتمد فقط على القرارات المتعلقة بالمشروع نوع الاتصال المسموح باستخدامه. أيضًا ، يعتمد مخطط التثبيت واختياره على معايير "تصميم وحدات التدفئة" وفي معيار المشروع المشترك تحت رقم 41-101-95. إذا تم تحديد نسبة واختلاف الحد الأقصى لتدفق حرارة الماء الممكن لإمداد الماء الساخن لتدفق الحرارة للتدفئة في النطاق من -0.2 إلى -1 ، فإن الأساس هو مخطط التوصيل في مرحلة واحدة ، وإذا كان من 0.2 درجة إلى ≤1 ، ثم درجتين ...
اساسي
أبسط مخطط وأكثرها فعالية من حيث التكلفة للتنفيذ متوازي. مع هذا المخطط ، يتم تثبيت المبادلات الحرارية في سلسلة فيما يتعلق بصمامات التحكم ، أي صمام الإغلاق ، وكذلك بالتوازي مع شبكة التدفئة بأكملها. من أجل تحقيق أقصى قدر من التبادل الحراري داخل النظام ، يلزم وجود معدلات استهلاك عالية من ناقلات الحرارة.
مخطط مرحلتين
نظام مختلط من مرحلتين
إذا كنت تستخدم مخططًا من مرحلتين ، فعندئذٍ يتم تسخين الماء إما في زوج من الأجهزة المستقلة أو في تثبيت أحادي الكتلة. من المهم أن تتذكر أن مخطط التثبيت وتعقيده سيعتمدان على التكوين العام للشبكة. من ناحية أخرى ، مع مخطط من مرحلتين ، يزداد مستوى كفاءة النظام بأكمله ، كما ينخفض أيضًا استهلاك ناقلات الحرارة (تصل إلى حوالي 40 بالمائة).
مع هذا المخطط ، يتم تحضير المياه على خطوتين. خلال الخطوة الأولى ، يتم استخدام الطاقة الحرارية ، وتسخين الماء إلى 40 درجة ، وخلال الخطوة الثانية ، يتم تسخين الماء إلى 60 درجة.
اتصال من النوع التسلسلي
مخطط متسلسل على مرحلتين
يتم تنفيذ مثل هذا المخطط في إطار أحد الأجهزة للتبادل الحراري لإمداد الماء الساخن ، وهذا النوع من المبادلات الحرارية أكثر تعقيدًا في التصميم عند مقارنته بالمخططات القياسية. كما سيكلف الكثير.
المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب
لذلك ، في كثير من الأحيان يتدفق حساب مثل هذا الجهاز بسلاسة في حساب المبادل الحراري للقذيفة والأنبوب. هذا جهاز توجد فيه حزمة من الأنابيب في غلاف واحد (غلاف) ، يتم غسلها بواسطة مبردات مختلفة ، اعتمادًا على الغرض من الجهاز. في المكثفات ، على سبيل المثال ، يتم تشغيل المبرد في الغلاف والماء في الأنابيب. باستخدام طريقة تحريك الوسائط هذه ، يكون التحكم في تشغيل الجهاز أكثر ملاءمة وفعالية. في المبخرات ، على العكس من ذلك ، يغلي المبرد في الأنابيب ، وفي نفس الوقت يتم غسله بالسائل المبرد (الماء ، المحاليل الملحية ، الجليكول ، إلخ). لذلك ، يتم تقليل حساب المبادل الحراري للقذيفة والأنبوب لتقليل حجم الجهاز. أثناء اللعب بقطر الغلاف وقطر وعدد الأنابيب الداخلية وطول الجهاز ، يصل المهندس إلى القيمة المحسوبة لمساحة سطح التبادل الحراري.
تحديد معامل انتقال الحرارة
للحسابات الأولية لمعدات التبادل الحراري وأنواع مختلفة من الشيكات ، يتم استخدام القيم التقريبية للمعاملات والموحدة لفئات معينة:
- معاملات نقل الحرارة لتكثيف بخار الماء - من 4000 إلى 15000 واط / (م 2 كلفن) ؛
- معاملات نقل الحرارة للمياه التي تتحرك عبر الأنابيب - من 1200 إلى 5800 واط / (م 2 كلفن) ؛
- معاملات نقل الحرارة من المكثفات البخارية إلى الماء - من 800 إلى 3500 واط / (م 2 كلفن).
يتم الحساب الدقيق لمعامل انتقال الحرارة (K) وفقًا للصيغة التالية:
في هذه الصيغة:
- α1 هو معامل انتقال الحرارة لوسط التسخين (معبرًا عنه بـ W / (m2K)) ؛
- α2 هو معامل انتقال الحرارة للناقل الحراري المسخن (معبرًا عنه بـ W / (m2K)) ؛
- δst - معلمة سمك جدار الأنبوب (معبرًا عنها بالأمتار) ؛
- λst - معامل التوصيل الحراري للمادة المستخدمة في الأنبوب (معبرًا عنه بـ W / (m * K)).
مثل هذه الصيغة تعطي نتيجة "مثالية" ، والتي لا تتوافق عادة بنسبة 100٪ مع الحالة الحقيقية للأمور. لذلك ، تتم إضافة معلمة أخرى إلى الصيغة - Rzag.
هذا مؤشر على المقاومة الحرارية للملوثات المختلفة التي تتشكل على أسطح تسخين الأنبوب (مثل المقياس العادي ، إلخ).
تبدو صيغة مؤشر التلوث كما يلي:
R = δ1 / λ1 + 2 / λ2
في هذه الصيغة:
- δ1 هو سمك طبقة الرواسب على الجانب الداخلي للأنبوب (بالأمتار) ؛
- δ2 هو سمك طبقة الرواسب خارج الأنبوب (بالأمتار) ؛
- λ1 و 2 هي قيم معاملات التوصيل الحراري لطبقات التلوث المقابلة (معبر عنها بـ W / (m * K)).
مبادلات حرارة الهواء
واحدة من أكثر المبادلات الحرارية شيوعًا اليوم هي المبادلات الحرارية الأنبوبية ذات الزعانف. وتسمى أيضًا ملفات. أينما لم يتم تركيبها ، بدءًا من وحدات ملف المروحة (من المروحة الإنجليزية + الملف ، أي "المروحة" + "الملف") في الكتل الداخلية للأنظمة المنقسمة وتنتهي بأجهزة استرداد غاز المداخن العملاقة (استخلاص الحرارة من غاز المداخن الساخن و نقله لاحتياجات التدفئة) في محطات الغلايات في CHP. هذا هو السبب في أن تصميم المبادل الحراري الملفوف يعتمد على التطبيق حيث سيتم تشغيل المبادل الحراري. مبردات الهواء الصناعية (VOPs) ، المثبتة في غرف تجميد اللحوم ، في المجمدات ذات درجات الحرارة المنخفضة وفي أشياء أخرى لتبريد الطعام ، تتطلب ميزات تصميم معينة في أدائها. يجب أن تكون المسافة بين الصفائح (الزعانف) كبيرة بقدر الإمكان لزيادة وقت التشغيل المستمر بين دورات تذويب الجليد. على العكس من ذلك ، فإن المبخرات الخاصة بمراكز البيانات (مراكز معالجة البيانات) تكون مضغوطة قدر الإمكان ، مما يؤدي إلى تثبيت التباعد إلى الحد الأدنى. تعمل مثل هذه المبادلات الحرارية في "مناطق نظيفة" محاطة بمرشحات دقيقة (حتى فئة HEPA) ، وبالتالي ، يتم إجراء مثل هذا الحساب للمبادل الحراري الأنبوبي مع التركيز على تقليل الحجم.
المبادلات الحرارية للوحة
حاليا ، المبادلات الحرارية للألواح مطلوبة بشكل ثابت. وفقًا لتصميمها ، فهي قابلة للطي تمامًا وشبه ملحومة ، ولحام بالنحاس ولحام بالنيكل ، ولحام ولحام بالنحاس بطريقة الانتشار (بدون لحام). التصميم الحراري للمبادل الحراري للوحة مرن بدرجة كافية وليس صعبًا بشكل خاص على المهندس. في عملية الاختيار ، يمكنك اللعب بنوع الألواح ، وعمق التثقيب للقنوات ، ونوع التضليع ، وسمك الفولاذ ، والمواد المختلفة ، والأهم من ذلك - العديد من نماذج الحجم القياسي للأجهزة ذات الأبعاد المختلفة. هذه المبادلات الحرارية منخفضة وعريضة (لتسخين المياه بالبخار) أو عالية وضيقة (مبادلات حرارية منفصلة لأنظمة تكييف الهواء). غالبًا ما يتم استخدامها لوسائط تغيير الطور ، أي ، مثل المكثفات ، والمبخرات ، وأجهزة إزالة الحرارة ، والمكثفات المسبقة ، وما إلى ذلك. يكون إجراء الحساب الحراري لمبادل حراري يعمل وفقًا لمخطط ثنائي الطور أكثر صعوبة من مبادل حراري سائل-سائل ، ولكن بالنسبة للمهندس المتمرس ، فإن هذه المهمة قابلة للحل وليست صعبة بشكل خاص. لتسهيل مثل هذه الحسابات ، يستخدم المصممون الحديثون قواعد الكمبيوتر الهندسية ، حيث يمكنك العثور على الكثير من المعلومات الضرورية ، بما في ذلك الرسوم البيانية لحالة أي مبرد في أي مسح ، على سبيل المثال ، برنامج CoolPack.
حساب مبادل حراري لوحة - كيفية تحديد المعلمات الصحيحة؟
المبادئ العامة لتصميم مخططات التدفئة
نظام الإمداد الحراري هو نظام لنقل الطاقة الحرارية (على شكل ماء ساخن أو بخار) من مصدر حراري إلى المستهلك.
يتكون نظام الإمداد الحراري بشكل أساسي من ثلاثة أجزاء: مصدر الحرارة ، ومستهلك الحرارة ، وشبكة الحرارة - التي تعمل على نقل الحرارة من المصدر إلى المستهلك.
- غلاية بخار في غرفة CHP أو المرجل.
- مبادل حراري للشبكة.
- مضخة الدورة الدموية.
- مبادل حراري لنظام إمداد الماء الساخن.
- مبادل حراري لنظام التدفئة.
دور عناصر الدائرة:
- وحدة المرجل - مصدر حرارة ، نقل حرارة احتراق الوقود إلى المبرد ؛
- معدات الضخ - إنشاء دوران لسائل التبريد ؛
- خط أنابيب الإمداد - توريد المبرد الساخن من المصدر إلى المستهلك ؛
- خط أنابيب الإرجاع - عودة الناقل الحراري المبرد إلى المصدر من المستهلك ؛
- معدات التبادل الحراري - تحويل الطاقة الحرارية.
مخططات درجة الحرارة
في بلدنا ، تم اعتماد تنظيم عالي الجودة لإمدادات الحرارة للمستهلكين. أي بدون تغيير معدل تدفق المبرد من خلال نظام استهلاك الحرارة ، يتغير اختلاف درجة الحرارة عند مدخل ومخرج النظام.
يتم تحقيق ذلك عن طريق تغيير درجة الحرارة في أنبوب التدفق اعتمادًا على درجة الحرارة الخارجية. كلما انخفضت درجة الحرارة الخارجية ، ارتفعت درجة حرارة التدفق. وفقًا لذلك ، تتغير درجة حرارة أنبوب الإرجاع أيضًا وفقًا لهذه العلاقة. وجميع الأنظمة التي تستهلك الحرارة مصممة مع وضع هذه المتطلبات في الاعتبار.
الرسوم البيانية لاعتماد درجة حرارة المبرد في خطوط أنابيب الإمداد والعودة تسمى الرسم البياني لدرجة الحرارة لنظام الإمداد الحراري.
يتم تحديد جدول درجة الحرارة بواسطة مصدر إمداد الحرارة حسب سعته ومتطلبات شبكات التدفئة ومتطلبات المستهلكين. يتم تسمية منحنيات درجة الحرارة وفقًا لدرجات الحرارة القصوى في خطوط أنابيب الإمداد والعودة: 150/70 ، 95/70 ...
قطع الرسم البياني في الجزء العلوي - عندما لا تحتوي غرفة المرجل على سعة كافية.
قطع الرسم البياني في الجزء السفلي - لضمان قابلية تشغيل أنظمة DHW.
تعمل أنظمة التدفئة بشكل أساسي وفقًا لجدول 95/70 لضمان متوسط درجة حرارة في السخان 82.5 درجة مئوية عند -30 درجة مئوية.
إذا تم توفير درجة الحرارة المطلوبة في أنبوب الإمداد بواسطة مصدر الحرارة ، فإن درجة الحرارة المطلوبة في أنبوب الإرجاع يتم توفيرها بواسطة مستهلك الحرارة بنظام استهلاك الحرارة الخاص به. إذا كان هناك تقدير مبالغ فيه لدرجة حرارة الماء العائد من المستهلك ، فهذا يعني أن نظامه يعمل بشكل غير مرض ويستتبع غرامات ، لأنه يؤدي إلى تدهور في تشغيل مصدر الحرارة. في الوقت نفسه ، تنخفض كفاءتها. لذلك ، هناك منظمات تحكم خاصة تراقب أن أنظمة استهلاك الحرارة للمستهلكين تعطي درجة حرارة الماء العائد وفقًا لجدول درجة الحرارة أو أقل. ومع ذلك ، في بعض الحالات ، يُسمح بمثل هذا التقدير الزائد ، على سبيل المثال. عند تركيب المبادلات الحرارية للتدفئة.
سيسمح الجدول 150/70 بنقل الحرارة من مصدر حرارة مع استهلاك أقل للناقل الحراري ، ومع ذلك ، لا يمكن توفير حامل حرارة بدرجة حرارة أعلى من 105 درجة مئوية لأنظمة التدفئة المنزلية. لذلك ، تم تخفيض الجدول ، على سبيل المثال ، بنسبة 95/70. يتم التخفيض عن طريق تركيب مبادل حراري أو خلط الماء العائد في خط أنابيب الإمداد.
هيدروليكا شبكة التدفئة
يتم تدوير المياه في أنظمة الإمداد الحراري بواسطة مضخات الشبكة في بيوت الغلايات ونقاط التسخين. نظرًا لأن طول الخطوط كبير جدًا ، فإن فرق الضغط في خطوط أنابيب الإمداد والعودة ، التي تخلقها المضخة ، يتناقص مع المسافة من المضخة.
يمكن أن نرى من الشكل أن المستهلك البعيد لديه أقل انخفاض ضغط متاح. بمعنى آخر.للتشغيل العادي لأنظمتها المستهلكة للحرارة ، من الضروري أن تتمتع بأقل مقاومة هيدروليكية لضمان تدفق المياه المطلوب من خلالها.
حساب المبادلات الحرارية للوحة لأنظمة التدفئة
يمكن تحضير ماء التسخين بالتسخين في مبادل حراري.
متي حساب مبادل حراري لوحة للحصول على تسخين المياه، يتم أخذ البيانات الأولية لأبرد فترة ، أي عندما تكون أعلى درجات الحرارة مطلوبة ، وبالتالي ، أعلى استهلاك للحرارة. هذه هي أسوأ حالة لمبادل حراري مصمم للتدفئة.
ميزة خاصة لحساب مبادل حراري لنظام التدفئة هو المبالغة في تقدير درجة حرارة الماء العائد على جانب التسخين. هذا مسموح به عن قصد ، لأن أي مبادل حراري سطحي ، من حيث المبدأ ، لا يمكنه تبريد الماء العائد إلى درجة حرارة الرسم البياني ، إذا دخل الماء بدرجة حرارة الرسم البياني إلى المدخل إلى المبادل الحراري على الجانب الساخن. عادة ما يُسمح بفرق 5-15 درجة مئوية.
حساب المبادلات الحرارية للوحة لأنظمة DHW
متي حساب المبادلات الحرارية للوحة لأنظمة الماء الساخن يتم أخذ البيانات الأولية للفترة الانتقالية ، أي عندما تكون درجة حرارة سائل التبريد منخفضة (عادة 70 درجة مئوية) ، يكون الماء البارد أقل درجة حرارة (2-5 درجة مئوية) ونظام التدفئة لا يزال يعمل - هذه الأشهر من مايو إلى سبتمبر. هذه هي أسوأ حالة لمبادل الحرارة DHW.
يتم تحديد الحمل التصميمي لأنظمة DHW بناءً على التوافر في المنشأة حيث يتم تثبيت المبادلات الحرارية لخزانات التخزين.
في حالة عدم وجود خزانات ، تم تصميم المبادلات الحرارية للألواح لأقصى حمل. وهذا يعني أن المبادلات الحرارية يجب أن توفر تسخين المياه حتى في أقصى سحب للماء.
مع صهاريج التخزين ، تم تصميم المبادلات الحرارية للوحة لتحمل متوسط كل ساعة. يتم تجديد خزانات المجمع باستمرار للتعويض عن ذروة السحب. يجب أن تزود المبادلات الحرارية الخزانات فقط.
تصل نسبة الحد الأقصى والمتوسط للحمل بالساعة في بعض الحالات إلى 4-5 مرات.
يرجى ملاحظة أنه من الملائم حساب المبادلات الحرارية اللوحية في برنامج الحساب الخاص بنا "Ridan".
