Tính toán bộ trao đổi nhiệt hiện mất không quá năm phút. Theo quy định, bất kỳ tổ chức nào sản xuất và bán thiết bị đó đều cung cấp cho mọi người chương trình lựa chọn của riêng mình. Bạn có thể tải xuống miễn phí từ trang web của công ty, hoặc kỹ thuật viên của họ sẽ đến văn phòng của bạn và cài đặt miễn phí. Tuy nhiên, kết quả của những tính toán đó có chính xác đến đâu, liệu có tin tưởng được và liệu nhà sản xuất có không gian xảo khi đấu thầu với đối thủ? Kiểm tra một máy tính điện tử đòi hỏi kiến thức hoặc ít nhất là hiểu biết về phương pháp tính toán cho các thiết bị trao đổi nhiệt hiện đại. Chúng ta hãy thử tìm hiểu chi tiết.
Bộ trao đổi nhiệt là gì
Trước khi tính toán thiết bị trao đổi nhiệt, chúng ta hãy nhớ, loại thiết bị đó là gì? Thiết bị trao đổi nhiệt và khối lượng (hay còn gọi là thiết bị trao đổi nhiệt, hay còn gọi là thiết bị trao đổi nhiệt, hoặc TOA) là một thiết bị để truyền nhiệt từ vật mang nhiệt này sang vật mang nhiệt khác. Trong quá trình thay đổi nhiệt độ của chất làm nguội, tỷ trọng của chúng và theo đó, các chỉ số khối lượng của các chất cũng thay đổi. Đó là lý do tại sao các quá trình như vậy được gọi là truyền nhiệt và truyền khối.
Các khái niệm cơ bản về truyền nhiệt để tính toán
Bộ trao đổi nhiệt được tính toán bằng cách sử dụng thông tin cơ bản về luật trao đổi nhiệt.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét một số khái niệm được sử dụng trong các phép tính như vậy.
- Nhiệt dung riêng là nhiệt lượng cần cung cấp để đốt nóng 1kg chất trên 1 độ C. Dựa vào thông tin về nhiệt dung cho biết nhiệt lượng tích được là bao nhiêu. Đối với tính toán nhiệt năng, giá trị trung bình của nhiệt dung được lấy trong một phạm vi nhất định của chỉ số nhiệt độ.
- Nhiệt lượng cần cung cấp để nung nóng 1 kg chất từ không đến nhiệt độ cần thiết gọi là enthalpy cụ thể.
- Nhiệt dung riêng của quá trình biến đổi hóa học là nhiệt lượng toả ra trong quá trình biến đổi hoá học của một đơn vị khối lượng bất kỳ của một chất.
- Nhiệt dung riêng của quá trình biến đổi pha xác định lượng nhiệt năng được hấp thụ hoặc giải phóng trong quá trình biến đổi bất kỳ đơn vị khối lượng nào của một chất từ thể rắn sang thể lỏng, từ thể lỏng sang thể khí ở trạng thái tập hợp, v.v.
Một máy tính trực tuyến để tính toán một bộ trao đổi nhiệt sẽ giúp bạn có lời giải sau 15 phút. Hoặc bạn có thể sử dụng lý thuyết cho thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm, được trình bày dưới đây trong bài viết này và tự thực hiện các tính toán cần thiết.
Các loại truyền nhiệt
Bây giờ chúng ta hãy nói về các loại truyền nhiệt - chỉ có ba loại trong số chúng. Bức xạ - sự truyền nhiệt thông qua bức xạ. Ví dụ, bạn có thể nghĩ đến việc tắm nắng trên bãi biển vào một ngày hè ấm áp. Và các thiết bị trao đổi nhiệt như vậy thậm chí có thể được tìm thấy trên thị trường (máy sưởi không khí dạng ống). Tuy nhiên, thông thường để sưởi ấm các khu vực sinh hoạt, các phòng trong một căn hộ, chúng tôi mua bộ tản nhiệt dầu hoặc điện. Đây là một ví dụ về một kiểu truyền nhiệt khác - đối lưu. Sự đối lưu có thể là tự nhiên, cưỡng bức (máy hút khói và có bộ thu hồi nhiệt trong hộp) hoặc tạo ra bằng cơ học (ví dụ: với quạt). Loại thứ hai hiệu quả hơn nhiều.
Tuy nhiên, cách truyền nhiệt hiệu quả nhất là dẫn nhiệt, hay còn được gọi là dẫn điện (từ tiếng Anh là conduction - "sự dẫn truyền"). Bất kỳ kỹ sư nào sắp thực hiện tính toán nhiệt của bộ trao đổi nhiệt, trước hết, phải nghĩ đến việc lựa chọn thiết bị hiệu quả theo kích thước nhỏ nhất có thể.Và điều này đạt được chính xác là do dẫn nhiệt. Một ví dụ về điều này là TOA hiệu quả nhất hiện nay - bộ trao đổi nhiệt dạng tấm. Tấm TOA, theo định nghĩa, là một bộ trao đổi nhiệt truyền nhiệt từ chất làm mát này sang chất làm mát khác thông qua bức tường ngăn cách chúng. Diện tích tiếp xúc tối đa có thể giữa hai phương tiện, cùng với vật liệu được chọn chính xác, cấu hình của các tấm và độ dày của chúng, cho phép bạn giảm thiểu kích thước của thiết bị đã chọn trong khi vẫn duy trì các đặc tính kỹ thuật ban đầu cần thiết trong quy trình công nghệ.
Các loại thiết bị trao đổi nhiệt
Trước khi tính toán bộ trao đổi nhiệt, chúng được xác định với loại của nó. Tất cả TOA có thể được chia thành hai nhóm lớn: thiết bị trao đổi nhiệt thu hồi và tái tạo. Sự khác biệt chính giữa chúng như sau: trong TOA phục hồi, trao đổi nhiệt xảy ra thông qua một bức tường ngăn cách hai chất làm mát và trong TOA tái sinh, hai môi trường tiếp xúc trực tiếp với nhau, thường trộn lẫn và đòi hỏi sự phân tách tiếp theo trong các thiết bị phân tách đặc biệt. Các thiết bị trao đổi nhiệt tái sinh được chia thành các thiết bị trộn và trao đổi nhiệt có đóng gói (tĩnh, rơi hoặc trung gian). Nói một cách đại khái, một xô nước nóng tiếp xúc với sương giá hoặc một ly trà nóng đặt trong tủ lạnh để làm mát (không bao giờ làm như vậy!) Là một ví dụ về cách pha trộn TOA như vậy. Và bằng cách rót trà vào đĩa và làm lạnh theo cách này, chúng ta nhận được một ví dụ về bộ trao đổi nhiệt tái sinh với vòi phun (đĩa trong ví dụ này đóng vai trò là vòi phun), đầu tiên tiếp xúc với không khí xung quanh và lấy nhiệt độ của nó. , và sau đó lấy một lượng nhiệt từ trà nóng đổ vào, tìm cách đưa cả hai phương tiện vào trạng thái cân bằng nhiệt. Tuy nhiên, như chúng ta đã tìm hiểu trước đó, sử dụng tính dẫn nhiệt để truyền nhiệt từ môi trường này sang môi trường khác hiệu quả hơn, do đó, TOA hữu ích hơn về mặt truyền nhiệt (và được sử dụng rộng rãi) ngày nay, tất nhiên, hồi phục sức khỏe.
Ví dụ tính toán bộ trao đổi nhiệt
Để tính toán công suất cần thiết (Q0), công thức cân bằng nhiệt được sử dụng. Đây Thứ Tư đóng vai trò là nhiệt dung riêng (giá trị dạng bảng). Để đơn giản hóa việc tính toán, bạn có thể lấy mức công suất nhiệt giảm
Cần lưu ý rằng tuân theo công thức, bất kể mặt mà phép tính được thực hiện.
Tiếp theo, bạn cần tìm diện tích bề mặt cần thiết dựa trên phương trình truyền nhiệt cơ bản, trong đó k là hệ số truyền nhiệt, và ΔTav.log. - cột nhiệt độ logarit trung bình tính theo công thức:
Với hệ số truyền nhiệt không chắc chắn, thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm được tính toán bằng phương pháp phức tạp hơn. Công thức có thể được sử dụng để tính toán tiêu chí Reynolds.
Sau khi tìm thấy trong bảng giá trị của tiêu chí Prandtl mà chúng ta cần, chúng ta có thể tính tiêu chí Nusselt của công thức, trong đó n = 0,3 - khi làm lạnh chất lỏng, n = 0,4 - khi đun nóng chất lỏng.
Hơn nữa, dựa trên công thức, bạn có thể tính toán hệ số truyền nhiệt từ bất kỳ vật mang nhiệt nào đến tường và theo công thức, hãy xác định hệ số truyền nhiệt được thay thế trong công thức, trong đó diện tích bề mặt truyền nhiệt được tính.
Tính toán nhiệt và kết cấu
Bất kỳ tính toán nào về bộ trao đổi nhiệt phục hồi đều có thể được thực hiện dựa trên kết quả tính toán nhiệt, thủy lực và cường độ. Chúng là cơ bản, bắt buộc trong việc thiết kế thiết bị mới và là cơ sở của phương pháp tính toán cho các mô hình tiếp theo của dòng thiết bị cùng loại. Nhiệm vụ chính của tính toán nhiệt TOA là xác định diện tích cần thiết của bề mặt trao đổi nhiệt để thiết bị trao đổi nhiệt hoạt động ổn định và duy trì các thông số cần thiết của môi chất tại đầu ra.Thông thường, trong các tính toán như vậy, các kỹ sư được cung cấp các giá trị tùy ý về đặc điểm khối lượng và kích thước của thiết bị tương lai (vật liệu, đường kính ống, kích thước tấm, hình dạng chùm, loại và vật liệu làm vây, v.v.), do đó, sau khi nhiệt một, một tính toán xây dựng của bộ trao đổi nhiệt thường được thực hiện. Thật vậy, nếu ở giai đoạn đầu tiên, kỹ sư đã tính toán diện tích bề mặt cần thiết cho một đường kính ống nhất định, ví dụ, 60 mm và chiều dài của bộ trao đổi nhiệt do đó hóa ra là khoảng sáu mươi mét, thì sẽ hợp lý hơn khi giả sử chuyển sang thiết bị trao đổi nhiệt nhiều tầng, hoặc sang kiểu vỏ và ống, hoặc để tăng đường kính của ống.
Tính toán thủy lực
Các tính toán thủy lực hoặc thủy lực học cũng như khí động học được thực hiện để xác định và tối ưu hóa tổn thất áp suất thủy lực (khí động học) trong bộ trao đổi nhiệt, cũng như tính toán chi phí năng lượng để khắc phục chúng. Việc tính toán bất kỳ đường dẫn, kênh hoặc đường ống nào để chất làm mát đi qua đặt ra nhiệm vụ chính cho con người - tăng cường quá trình truyền nhiệt trong khu vực này. Có nghĩa là, một môi trường phải truyền, và môi trường kia phải nhận được nhiều nhiệt nhất có thể trong khoảng thời gian tối thiểu của dòng chảy của nó. Đối với điều này, một bề mặt trao đổi nhiệt bổ sung thường được sử dụng, dưới dạng một đường gân bề mặt được phát triển (để tách lớp con lớp biên và tăng cường sự rối loạn dòng chảy). Tỷ lệ cân bằng tối ưu của tổn thất thủy lực, diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, đặc tính trọng lượng và kích thước và nhiệt lượng loại bỏ là kết quả của sự kết hợp giữa tính toán nhiệt, thủy lực và xây dựng của TOA.
Tính toán xác minh
Việc tính toán bộ trao đổi nhiệt được thực hiện trong trường hợp cần bố trí năng lượng hoặc diện tích bề mặt trao đổi nhiệt. Bề mặt được bảo lưu vì các lý do khác nhau và trong các tình huống khác nhau: nếu điều này là bắt buộc theo các điều khoản tham chiếu, nếu nhà sản xuất quyết định thêm một biên độ bổ sung để đảm bảo rằng bộ trao đổi nhiệt như vậy sẽ đi vào hoạt động và để giảm thiểu lỗi thực hiện trong các tính toán. Trong một số trường hợp, cần có dự phòng để làm tròn kết quả của kích thước thiết kế, trong những trường hợp khác (thiết bị bay hơi, thiết bị tiết kiệm), lề bề mặt được đưa vào đặc biệt để tính toán khả năng nhiễm bẩn của bộ trao đổi nhiệt với dầu máy nén có trong mạch làm lạnh. Và chất lượng nước thấp phải được tính đến. Sau một thời gian hoạt động liên tục của bộ trao đổi nhiệt, đặc biệt là ở nhiệt độ cao, cặn lắng trên bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị, làm giảm hệ số truyền nhiệt và tất yếu dẫn đến giảm ký sinh trong quá trình thoát nhiệt. Vì vậy, một kỹ sư có năng lực, khi tính toán thiết bị trao đổi nhiệt giữa nước và nước, đặc biệt chú ý đến sự dư thừa bổ sung của bề mặt trao đổi nhiệt. Việc tính toán xác minh cũng được thực hiện để xem thiết bị đã chọn sẽ hoạt động như thế nào ở các chế độ phụ, khác. Ví dụ, trong điều hòa không khí trung tâm (bộ cấp không khí), bộ gia nhiệt sưởi ấm thứ nhất và thứ hai, được sử dụng vào mùa lạnh, thường được sử dụng vào mùa hè để làm mát không khí đi vào bằng cách cung cấp nước lạnh vào các ống của bộ trao đổi nhiệt không khí. Chúng sẽ hoạt động như thế nào và những thông số nào chúng sẽ đưa ra cho phép bạn đánh giá tính toán xác minh.
Dữ liệu bắt buộc
Để tính toán bộ trao đổi nhiệt, cần cung cấp các dữ liệu sau:
- nhiệt độ đầu vào và đầu ra trên cả hai mạch. Sự khác biệt giữa chúng càng lớn thì kích thước và giá của một bộ trao đổi nhiệt phù hợp càng nhỏ;
- mức áp suất và nhiệt độ lớn nhất của môi chất làm việc. Thông số càng thấp, đơn vị càng rẻ;
- chỉ thị về tốc độ dòng chảy của chất làm mát trong cả hai mạch. Xác định thông lượng của các đơn vị.Mức tiêu thụ nước thường được chỉ định nhất. Nếu bạn nhân các số liệu cho thông lượng và mật độ, bạn sẽ có tổng lưu lượng khối lượng;
- nhiệt điện (tải). Xác định lượng nhiệt mà thiết bị tỏa ra. Việc tính toán tải nhiệt của bộ trao đổi nhiệt được thực hiện theo công thức P = m × cp × δt, trong đó m là tốc độ dòng của môi chất, cp là nhiệt dung riêng và δt là chênh lệch nhiệt độ tại đầu vào và đầu ra của mạch.
Để tính toán sự truyền nhiệt của bộ trao đổi nhiệt, cần phải tính đến các đặc tính bổ sung. Loại môi chất làm việc và chỉ số độ nhớt của nó quyết định vật liệu của thiết bị trao đổi nhiệt. Bạn sẽ cần dữ liệu về cột nhiệt độ trung bình (tính theo công thức) và về mức độ ô nhiễm của môi trường làm việc. Tham số thứ hai hiếm khi được tính đến, vì nó chỉ được yêu cầu trong những trường hợp ngoại lệ.
Tính toán công suất bộ trao đổi nhiệt yêu cầu thông tin chính xác về các thông số trên. Thông tin có thể được lấy từ TU hoặc hợp đồng từ tổ chức cung cấp nhiệt, cũng như TOR của kỹ sư.
Nghiên cứu tính toán
Các tính toán nghiên cứu của TOA được thực hiện trên cơ sở các kết quả thu được của các phép tính nhiệt và xác minh. Theo quy định, chúng cần thiết để thực hiện các sửa đổi mới nhất đối với thiết kế của bộ máy dự kiến. Chúng cũng được thực hiện để hiệu chỉnh bất kỳ phương trình nào được đặt trong mô hình tính toán TOA đã thực hiện, thu được theo kinh nghiệm (theo dữ liệu thực nghiệm). Thực hiện các phép tính nghiên cứu bao gồm hàng chục, và đôi khi hàng trăm phép tính theo một kế hoạch đặc biệt được phát triển và thực hiện trong sản xuất theo lý thuyết toán học của việc lập kế hoạch thí nghiệm. Theo kết quả, ảnh hưởng của các điều kiện và đại lượng vật lý khác nhau đến các chỉ số hoạt động của TOA được tiết lộ.
Các tính toán khác
Khi tính toán diện tích của bộ trao đổi nhiệt, đừng quên về sức đề kháng của vật liệu. Các tính toán độ bền TOA bao gồm việc kiểm tra đơn vị được thiết kế về ứng suất, lực xoắn, để áp dụng mômen hoạt động tối đa cho phép cho các bộ phận và cụm của thiết bị trao đổi nhiệt trong tương lai. Với kích thước tối thiểu, sản phẩm phải bền, ổn định và đảm bảo hoạt động an toàn trong các điều kiện vận hành khác nhau, thậm chí là căng thẳng nhất.
Tính toán động lực học được thực hiện để xác định các đặc tính khác nhau của thiết bị trao đổi nhiệt ở các chế độ hoạt động khác nhau của nó.
Bộ trao đổi nhiệt dạng ống trong ống
Chúng ta hãy xem xét phép tính đơn giản nhất của bộ trao đổi nhiệt dạng ống trong ống. Về mặt cấu trúc, loại TOA này được đơn giản hóa hết mức có thể. Theo quy định, chất làm mát nóng được đưa vào đường ống bên trong của thiết bị để giảm thiểu tổn thất và chất làm mát làm mát được đưa vào vỏ hoặc vào ống bên ngoài. Nhiệm vụ của kỹ sư trong trường hợp này là xác định chiều dài của bộ trao đổi nhiệt dựa trên diện tích được tính toán của bề mặt trao đổi nhiệt và đường kính cho trước.
Ở đây cần nói thêm rằng khái niệm về một thiết bị trao đổi nhiệt lý tưởng được đưa ra trong nhiệt động lực học, nghĩa là, một thiết bị có chiều dài vô hạn, trong đó các chất làm mát hoạt động theo dòng ngược chiều và sự chênh lệch nhiệt độ được kích hoạt hoàn toàn giữa chúng. Thiết kế ống trong ống gần nhất để đáp ứng các yêu cầu này. Và nếu bạn chạy chất làm mát theo một dòng ngược, thì nó sẽ được gọi là "dòng ngược thực" (chứ không phải chảy chéo, như trong tấm TOA). Đầu nhiệt độ được kích hoạt hiệu quả nhất với một tổ chức chuyển động như vậy. Tuy nhiên, khi tính toán một bộ trao đổi nhiệt dạng ống trong ống, người ta nên thực tế và không quên về thành phần hậu cần, cũng như tính dễ lắp đặt. Chiều dài của eurotruck là 13,5 mét, và không phải tất cả các phòng kỹ thuật đều phù hợp với việc trượt và lắp đặt thiết bị có chiều dài này.
Sơ đồ kết nối
Một bộ trao đổi nhiệt hoạt động theo nguyên tắc nước với nước có một số sơ đồ kết nối khác nhau, tuy nhiên, các mạch loại sơ cấp được gắn vào các đường ống phân phối của mạng sưởi (có thể là của tư nhân hoặc được bán bởi các dịch vụ thành phố) và loại thứ cấp các mạch được lắp vào đường ống cấp nước.
Thông thường, nó chỉ phụ thuộc vào quyết định của dự án về loại kết nối nào được phép sử dụng. Ngoài ra, sơ đồ lắp đặt và sự lựa chọn của nó dựa trên các tiêu chuẩn "Thiết kế các đơn vị sưởi ấm" và trong tiêu chuẩn liên doanh theo số 41-101-95. Nếu tỷ lệ và hiệu số của dòng nhiệt nước lớn nhất có thể để cấp nước nóng với dòng nhiệt để đun nóng được xác định trong khoảng từ ≤0,2 đến ≥1, thì cơ sở là sơ đồ kết nối trong một giai đoạn, và nếu từ 0,2≤ đến ≤1, sau đó là hai độ ...
Tiêu chuẩn
Phương án đơn giản nhất và tiết kiệm chi phí nhất để thực hiện là song song. Với sơ đồ này, các bộ trao đổi nhiệt được lắp nối tiếp với các van điều khiển, tức là van đóng ngắt, cũng như song song với toàn bộ mạng lưới sưởi. Để đạt được sự trao đổi nhiệt tối đa trong hệ thống, cần phải có tốc độ tiêu thụ cao của chất mang nhiệt.
Đề án hai giai đoạn
Hệ thống hỗn hợp hai giai đoạn
Nếu bạn sử dụng sơ đồ hai giai đoạn, thì với nó, nước được làm nóng trong một cặp thiết bị độc lập hoặc trong một hệ thống lắp đặt một khối. Điều quan trọng cần nhớ là sơ đồ cài đặt và độ phức tạp của nó sẽ phụ thuộc vào cấu hình mạng tổng thể. Mặt khác, với sơ đồ hai giai đoạn, mức độ hiệu quả của toàn bộ hệ thống tăng lên, và tiêu thụ chất mang nhiệt cũng giảm (lên đến khoảng 40 phần trăm).
Với sơ đồ này, việc chuẩn bị nước diễn ra theo hai bước. Trong bước đầu tiên, nhiệt năng được áp dụng, làm nóng nước đến 40 độ, và trong bước thứ hai, nước được làm nóng đến 60 độ.
Kết nối kiểu nối tiếp
Lược đồ tuần tự hai giai đoạn
Sơ đồ như vậy được thực hiện trong khuôn khổ của một trong những thiết bị trao đổi nhiệt của cấp nước nóng, và loại thiết bị trao đổi nhiệt này phức tạp hơn nhiều về thiết kế khi so sánh với các sơ đồ tiêu chuẩn. Nó cũng sẽ tốn kém hơn rất nhiều.
Bộ trao đổi nhiệt dạng ống và vỏ
Do đó, việc tính toán của một thiết bị như vậy rất thường xuyên chuyển sang tính toán của thiết bị trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống. Đây là thiết bị trong đó một bó ống nằm trong một vỏ bọc (vỏ bọc) duy nhất, được rửa sạch bằng nhiều chất làm mát khác nhau, tùy thuộc vào mục đích của thiết bị. Ví dụ, trong bình ngưng, chất làm lạnh được chạy vào vỏ và nước vào đường ống. Với phương thức di chuyển phương tiện này, việc kiểm soát hoạt động của bộ máy trở nên thuận tiện và hiệu quả hơn. Ngược lại, trong thiết bị bay hơi, chất làm lạnh sôi trong các ống, đồng thời chúng được rửa sạch bởi chất lỏng đã làm lạnh (nước, nước muối, glycol, v.v.). Do đó, việc tính toán thiết bị trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống được giảm thiểu để giảm thiểu kích thước của thiết bị. Trong khi chơi với đường kính của vỏ, đường kính và số lượng ống bên trong và chiều dài của bộ máy, kỹ sư đạt được giá trị tính toán của diện tích bề mặt trao đổi nhiệt.
Xác định hệ số truyền nhiệt
Đối với các tính toán sơ bộ của thiết bị trao đổi nhiệt và các loại kiểm tra khác nhau, các giá trị gần đúng của các hệ số được sử dụng, được tiêu chuẩn hóa cho một số loại nhất định:
- hệ số truyền nhiệt đối với sự ngưng tụ của hơi nước - từ 4000 đến 15000 W / (m2K);
- hệ số truyền nhiệt cho nước di chuyển qua ống - từ 1200 đến 5800 W / (m2K);
- hệ số truyền nhiệt từ hơi nước ngưng tụ - từ 800 đến 3500 W / (m2K).
Việc tính toán chính xác hệ số truyền nhiệt (K) được thực hiện theo công thức sau:
Trong công thức này:
- α1 là hệ số truyền nhiệt cho môi chất gia nhiệt (tính bằng W / (m2K));
- α2 là hệ số truyền nhiệt đối với vật mang nhiệt bị nung nóng (tính bằng W / (m2K));
- δst - thông số chiều dày thành ống (tính bằng mét);
- λst - hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống (tính bằng W / (m * K)).
Một công thức như vậy cho một kết quả "lý tưởng", thường không tương ứng 100% với tình trạng thực của sự việc. Do đó, một tham số khác được thêm vào công thức - Rzag.
Đây là một chỉ số về khả năng chịu nhiệt của các chất bẩn khác nhau hình thành trên bề mặt sưởi ấm của đường ống (tức là quy mô thông thường, v.v.)
Công thức cho chỉ số ô nhiễm có dạng như sau:
R = δ1 / λ1 + δ2 / λ2
Trong công thức này:
- δ1 - chiều dày của lớp cặn ở mặt trong của ống (tính bằng mét);
- δ2 là chiều dày của lớp cặn ở bên ngoài ống (tính bằng mét);
- λ1 và λ2 là giá trị của hệ số dẫn nhiệt cho các lớp ô nhiễm tương ứng (tính bằng W / (m * K)).
Bộ trao đổi nhiệt không khí
Một trong những thiết bị trao đổi nhiệt phổ biến nhất hiện nay là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống vây. Chúng còn được gọi là cuộn dây. Bất cứ nơi nào chúng không được lắp đặt, bắt đầu từ các đơn vị cuộn dây quạt (từ tiếng Anh fan + coil, tức là "quạt" + "cuộn dây") trong các khối bên trong của hệ thống phân chia và kết thúc bằng bộ thu hồi khí thải khổng lồ (trích xuất nhiệt từ khí lò nóng và chuyển nó cho nhu cầu sưởi ấm) trong các nhà máy lò hơi tại CHP. Đó là lý do tại sao việc thiết kế bộ trao đổi nhiệt dạng cuộn phụ thuộc vào ứng dụng mà bộ trao đổi nhiệt sẽ đi vào hoạt động. Máy làm mát không khí công nghiệp (VOP), được lắp đặt trong buồng đông lạnh thịt, trong tủ đông nhiệt độ thấp và ở các đối tượng làm lạnh thực phẩm khác, yêu cầu một số tính năng thiết kế nhất định về hiệu suất của chúng. Khoảng cách giữa các lam (sườn) càng lớn càng tốt để tăng thời gian hoạt động liên tục giữa các chu kỳ rã đông. Ngược lại, thiết bị bay hơi cho các trung tâm dữ liệu (trung tâm xử lý dữ liệu) được làm nhỏ gọn nhất có thể, giữ khoảng cách ở mức tối thiểu. Các bộ trao đổi nhiệt như vậy hoạt động trong "vùng sạch" được bao quanh bởi các bộ lọc tốt (lên đến lớp HEPA), do đó, việc tính toán bộ trao đổi nhiệt dạng ống như vậy được thực hiện với trọng tâm là giảm thiểu kích thước.
Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm
Hiện tại, các thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm đang có nhu cầu ổn định. Theo thiết kế của họ, chúng hoàn toàn có thể thu gọn và bán hàn, đồng hàn và niken, hàn và hàn bằng phương pháp khuếch tán (không có chất hàn). Thiết kế nhiệt của bộ trao đổi nhiệt dạng tấm đủ linh hoạt và không khó đối với kỹ sư. Trong quá trình lựa chọn, bạn có thể xem xét loại tấm, độ sâu đục lỗ của các rãnh, loại đường gân, độ dày của thép, các vật liệu khác nhau, và quan trọng nhất - nhiều mẫu thiết bị kích thước tiêu chuẩn có kích thước khác nhau. Các bộ trao đổi nhiệt như vậy là thấp và rộng (để đun nước bằng hơi nước) hoặc cao và hẹp (ngăn cách các bộ trao đổi nhiệt cho hệ thống điều hòa không khí). Chúng thường được sử dụng cho môi trường thay đổi pha, nghĩa là, như thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi, bộ khử quá nhiệt, thiết bị sơ bộ ngưng tụ, v.v. Khó hơn một chút để thực hiện tính toán nhiệt của bộ trao đổi nhiệt hoạt động theo sơ đồ hai pha so với chất lỏng. - bộ trao đổi nhiệt thành chất lỏng, nhưng đối với một kỹ sư có kinh nghiệm, nhiệm vụ này có thể giải quyết được và không đặc biệt khó khăn. Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc tính toán như vậy, các nhà thiết kế hiện đại sử dụng cơ sở máy tính kỹ thuật, nơi bạn có thể tìm thấy rất nhiều thông tin cần thiết, bao gồm các biểu đồ về trạng thái của bất kỳ chất làm lạnh nào trong bất kỳ quá trình quét nào, chẳng hạn như chương trình CoolPack.
Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm - làm thế nào để xác định các thông số một cách chính xác?
Nguyên tắc chung của việc thiết kế sơ đồ cấp nhiệt
Hệ thống cung cấp nhiệt là hệ thống vận chuyển nhiệt năng (ở dạng nước nóng hoặc hơi nước) từ nguồn nhiệt đến nơi tiêu thụ.
Hệ thống cung cấp nhiệt về cơ bản bao gồm ba phần: nguồn nhiệt, vật tiêu thụ nhiệt, mạng lưới nhiệt - làm nhiệm vụ vận chuyển nhiệt từ nguồn đến vật tiêu thụ.
- Nồi hơi tại CHP hoặc phòng nồi hơi.
- Bộ trao đổi nhiệt mạng.
- Bơm tuần hoàn.
- Bộ trao đổi nhiệt cho hệ thống cấp nước nóng.
- Hệ thống sưởi ấm bộ trao đổi nhiệt.
Vai trò của các phần tử mạch:
- bộ nồi hơi - một nguồn nhiệt, truyền nhiệt của quá trình đốt cháy nhiên liệu đến chất làm mát;
- thiết bị bơm - tạo sự tuần hoàn của chất làm mát;
- đường ống cung cấp - cung cấp chất làm mát được gia nhiệt từ nguồn đến người tiêu dùng;
- đường ống trở lại - sự trở lại của chất mang nhiệt được làm mát đến nguồn từ hộ tiêu thụ;
- thiết bị trao đổi nhiệt - chuyển đổi nhiệt năng.
Biểu đồ nhiệt độ
Ở nước ta, quy định cung cấp nhiệt chất lượng cao cho người tiêu dùng đã được áp dụng. Nghĩa là, nếu không thay đổi tốc độ dòng chảy của chất làm mát qua hệ thống tiêu thụ nhiệt, thì chênh lệch nhiệt độ ở đầu vào và đầu ra của hệ thống sẽ thay đổi.
Điều này đạt được bằng cách thay đổi nhiệt độ trong đường ống dòng chảy tùy thuộc vào nhiệt độ bên ngoài. Nhiệt độ ngoài trời càng thấp thì nhiệt độ dòng chảy càng cao. Theo đó, nhiệt độ của đường ống hồi lưu cũng thay đổi theo mối quan hệ này. Và tất cả các hệ thống tiêu thụ nhiệt đều được thiết kế với những yêu cầu này.
Các đồ thị về sự phụ thuộc nhiệt độ của chất làm mát trong đường ống cấp và trở được gọi là đồ thị nhiệt độ của hệ thống cung cấp nhiệt.
Lịch trình nhiệt độ được thiết lập bởi nguồn cung cấp nhiệt tùy thuộc vào công suất của nó, yêu cầu của mạng lưới sưởi ấm và yêu cầu của người tiêu dùng. Các đường cong nhiệt độ được đặt tên theo nhiệt độ tối đa trong đường ống cấp và trở lại: 150/70, 95/70 ...
Cắt bỏ đồ thị ở phần trên - khi phòng nồi hơi không đủ công suất.
Cắt bỏ biểu đồ ở phần dưới - để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ thống DHW.
Các hệ thống sưởi hoạt động chủ yếu theo lịch trình 95/70 để đảm bảo nhiệt độ trung bình trong máy sưởi là 82,5 ° C ở -30 ° C.
Nếu nhiệt độ yêu cầu trong đường ống cấp được cung cấp bởi nguồn nhiệt, thì nhiệt độ yêu cầu trong đường ống hồi lưu được cung cấp bởi người tiêu thụ nhiệt với hệ thống tiêu thụ nhiệt của mình. Nếu có đánh giá quá cao về nhiệt độ của nước trả lại từ người tiêu dùng, thì điều này có nghĩa là hệ thống của họ hoạt động không đạt yêu cầu và dẫn đến tiền phạt, vì nó dẫn đến sự suy giảm hoạt động của nguồn nhiệt. Đồng thời, hiệu quả của nó giảm xuống. Do đó, có các tổ chức kiểm soát đặc biệt giám sát rằng hệ thống tiêu thụ nhiệt của người tiêu dùng đưa ra nhiệt độ nước hồi lưu theo lịch trình nhiệt độ hoặc thấp hơn. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, ví dụ như được phép đánh giá quá cao. khi lắp đặt thiết bị trao đổi nhiệt sưởi ấm.
Lịch trình 150/70 sẽ cho phép truyền nhiệt từ nguồn nhiệt có mức tiêu thụ chất mang nhiệt thấp hơn, tuy nhiên, không thể cung cấp chất mang nhiệt có nhiệt độ trên 105 ° C cho các hệ thống sưởi ấm trong nhà. Do đó, lịch trình được hạ xuống, chẳng hạn như 95/70. Việc hạ nhiệt được thực hiện bằng cách lắp đặt bộ trao đổi nhiệt hoặc hòa nước hồi vào đường ống cấp.
Mạng lưới sưởi ấm thủy lực
Sự tuần hoàn của nước trong các hệ thống cung cấp nhiệt được thực hiện bởi các máy bơm mạng tại nhà lò hơi và các điểm gia nhiệt. Do chiều dài của các đường dây là khá lớn, sự chênh lệch áp suất trong đường ống cấp và đường ống trở lại, mà máy bơm tạo ra, giảm theo khoảng cách từ máy bơm.
Có thể thấy từ con số mà người tiêu dùng ở xa nhất có độ sụt áp khả dụng nhỏ nhất. I E.Đối với hoạt động bình thường của các hệ thống tiêu thụ nhiệt, chúng cần có sức cản thủy lực thấp nhất để đảm bảo lưu lượng nước cần thiết đi qua chúng.
Tính toán bộ trao đổi nhiệt dạng tấm cho hệ thống sưởi
Có thể chuẩn bị nước đun nóng bằng cách đun nóng trong thiết bị trao đổi nhiệt.
Khi nào tính toán của một thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm để thu được nước nóng, dữ liệu ban đầu được lấy cho thời kỳ lạnh nhất, tức là khi nhiệt độ cao nhất được yêu cầu và do đó, mức tiêu thụ nhiệt cao nhất. Đây là trường hợp xấu nhất đối với bộ trao đổi nhiệt được thiết kế để sưởi ấm.
Một tính năng đặc biệt của việc tính toán bộ trao đổi nhiệt cho hệ thống sưởi là nhiệt độ nước hồi lưu được đánh giá quá cao ở phía gia nhiệt. Điều này được cho phép có chủ đích, vì về nguyên tắc, bất kỳ bộ trao đổi nhiệt bề mặt nào cũng không thể làm mát nước hồi lưu bằng nhiệt độ của biểu đồ, nếu nước có nhiệt độ của biểu đồ đi vào đầu vào đến bộ trao đổi nhiệt ở phía được làm nóng. Thông thường cho phép chênh lệch từ 5-15 ° C.
Tính toán bộ trao đổi nhiệt dạng tấm cho hệ thống DHW
Khi nào tính toán bộ trao đổi nhiệt dạng tấm cho hệ thống nước nóng Dữ liệu ban đầu được lấy cho giai đoạn chuyển tiếp, tức là khi nhiệt độ của chất làm mát cung cấp thấp (thường là 70 ° C), nước lạnh có nhiệt độ thấp nhất (2-5 ° C) và hệ thống sưởi ấm vẫn hoạt động. - đây là những tháng 5-9. Đây là chế độ tồi tệ nhất đối với bộ trao đổi nhiệt DHW.
Tải trọng thiết kế cho hệ thống DHW được xác định dựa trên sự sẵn có tại cơ sở nơi lắp đặt các bộ trao đổi nhiệt của bể chứa.
Trong trường hợp không có bồn chứa, thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm được thiết kế để chịu tải tối đa. Có nghĩa là, bộ trao đổi nhiệt phải cung cấp khả năng làm nóng nước ngay cả khi lượng nước nạp vào tối đa.
Với bể chứa, thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm được thiết kế cho tải trung bình hàng giờ. Các thùng tích lũy liên tục được bổ sung để bù đắp cho lượng tiêu thụ cao điểm. Bộ trao đổi nhiệt chỉ phải cung cấp cho các bồn chứa.
Tỷ lệ giữa tải tối đa và trung bình theo giờ trong một số trường hợp đạt 4 - 5 lần.
Xin lưu ý rằng rất thuận tiện để tính toán các bộ trao đổi nhiệt dạng tấm trong chương trình tính toán của riêng chúng tôi "Ridan".
