Calcul de l'échangeur de chaleur: l'exemple. Calcul de la surface, la puissance de l'échangeur de chaleur

Calcul de l'échangeur de chaleur prend maintenant moins de cinq minutes. Toute organisation qui produit et vend cet équipement donne généralement tout le monde leur propre programme de recrutement. Il peut être téléchargé gratuitement sur le site Web de l'entreprise ou leur technicien viendra à votre bureau et l'installer gratuitement. Cependant, à la suite de ces calculs est correct, pouvons-nous lui faire confiance et ne pas être intelligent si le fabricant en combattant dans l'appel d'offres avec ses concurrents? Vérification de la calculatrice électronique exige une connaissance ou au moins la compréhension des méthodes modernes de calcul des échangeurs de chaleur. Essayons de régler les détails.

Qu'est-ce qu'un échangeur de chaleur

Avant d'effectuer le calcul de l'échangeur de chaleur, rappelons-nous, et quel genre d'un tel dispositif? Teplomassoobmennyh appareil (aka échangeur de chaleur, également connu sous le dispositif d'échange de chaleur ou TOA) – un dispositif de transfert de chaleur d'un fluide de refroidissement à l' autre. Dans le processus, les changements de température du liquide de refroidissement changent également leur densité et, par conséquent, des indices de masse des substances. C'est pourquoi ces processus sont appelés transfert de chaleur et de masse.

types de transfert de chaleur

Maintenant , nous allons parler des types de transfert de chaleur – il n'y a que trois. Radiation – transfert de chaleur par rayonnement. À titre d'exemple, nous pouvons rappeler le bain de soleil sur la plage sur une chaude journée d'été. Et même ces échangeurs de chaleur se trouvent dans le marché (chauffe-air du tube). Cependant, le plus souvent pour le chauffage de la maison, des chambres dans l'appartement que nous achetons le pétrole ou le chauffage électrique. Ceci est un exemple d'un autre type de transfert de chaleur – convection. La convection naturelle est involontaire (extrait, et dans la boîte doit échangeur) ou à entraînement mécanique (avec un ventilateur, par exemple). Ce dernier type est beaucoup plus efficace.

Cependant, la méthode la plus efficace de transfert de chaleur – est la conductivité thermique, ou, comme on l'appelle, la conduction (conduction de l'anglais -. « Conductivity »). Tout ingénieur qui va tenir la conception thermique de l'échangeur de chaleur, tout d'abord penser à la façon de choisir l'équipement efficace dans un minimum d'espace. Et il parvient à y parvenir est par conduction. Un exemple de ceci est le plus efficace à ce jour TOA – échangeurs de chaleur à plaques. Plate TOA, par définition, – un échangeur de chaleur qui transfère la chaleur de l'agent de refroidissement à l'autre à travers une paroi qui les sépare. La zone de contact possible entre les deux milieux ainsi que de véritables matériaux choisis et de leurs plaques de profil d'épaisseur dimensions choisies pour réduire au minimum le matériel tout en conservant les caractéristiques techniques originales requises dans le procédé.

types d'échangeurs de chaleur

Avant d'effectuer le calcul de l'échangeur de chaleur sont déterminées par son type. Tous TOA peut être divisé en deux groupes principaux: les échangeurs de chaleur et de régénération de récupération. La principale différence entre eux est le suivant: dans l'échange de récupération de chaleur TOA a lieu à travers la paroi séparant les deux moyen de chaleur et viennent en contact les uns avec les autres dans deux milieux de régénération, ce qui nécessite souvent de mélange et de séparation ultérieure dans des séparateurs spéciaux. Les échangeurs de chaleur à régénération sont divisés en des échangeurs de chaleur et de mélange avec une buse (incidente fixe ou intermédiaire). Grosso modo, un seau d'eau chaude, mettre en place dans le froid, ou un verre de thé chaud, mis refroidi au réfrigérateur (jamais ne le faites pas!) – ceci est un exemple d'un tel TOA de mélange. Une coulée soucoupe de thé et en refroidissant le si nous obtenons un exemple d'un échangeur de chaleur à régénération avec la buse (soucoupe, dans cet exemple, joue le rôle de la buse), qui est d'abord mis en contact avec l'air ambiant et prend sa température, et sélectionne ensuite la partie de la chaleur de coulée en elle de thé chaud cherchant à la fois chef de file des médias en mode d'équilibre thermique. Cependant, comme nous l'avons déjà trouvé une utilisation plus efficace de la conductivité thermique pour transférer la chaleur d'un milieu à un autre, par conséquent, plus utile en termes de transfert de chaleur (et largement utilisé) TOA aujourd'hui – bien sûr, récupératif.

calcul thermique et structurel

Tout calcul de l'échangeur de chaleur à régénération peut être faite sur la base des résultats des calculs thermiques, hydrauliques et de la force. Elles sont fondamentales, indispensables pour la conception de nouveaux équipements et techniques sont à la base pour le calcul des modèles suivants du même type de ligne de périphériques. La tâche principale du calcul de la TOA thermique est de déterminer l'aire de surface d'échange de chaleur nécessaire pour le fonctionnement stable de l'échangeur de chaleur et le maintien des paramètres requis de la sortie de supports. Très souvent, dans de tels calculs ingénieurs sont données des valeurs arbitraires de caractéristiques de poids et de taille des futurs équipements (matériel, des tubes de grand diamètre, les plaques, les dimensions, la géométrie de la poutre, le type et ailerons de matériau et al.), Mais après la chaleur est typiquement conduite échangeur de calcul constructive. Après tout, si le premier ingénieur de l'étape considérée surface nécessaire pour un tuyau de diamètre donné, par exemple, 60 mm, et la longueur de l'échangeur de chaleur tourné ainsi une soixantaine de mètres, il est logique de supposer échangeur de chaleur à plusieurs étages de transition ou du type à faisceau de tubes, ou pour augmenter le diamètre des tubes.

calcul hydraulique

Les calculs hydrauliques ou hydro-mécaniques et aérodynamiques réalisées pour identifier et optimiser la perte de pression hydraulique (aérodynamique) dans l'échangeur de chaleur, et pour calculer la consommation d'énergie pour les surmonter. Calcul d'un trajet, un canal ou un tuyau pour le passage de milieu chauffant fait face à la tâche principale humain – d'intensifier le processus d'échange de chaleur au niveau du site. Autrement dit, un moyen doit passer, et l'autre est d'obtenir autant de chaleur à un intervalle minimum de son cours. Cette applique souvent surface supplémentaire d'échange de chaleur sous la forme de surfaces d'ailettes développées (pour la séparation de la sous-couche laminaire limite et à améliorer la turbulence de l'écoulement). relation d'équilibre optimal des pertes hydrauliques, les zones de la surface d'échange thermique, les caractéristiques de poids et de taille, et la sortie de chaleur retirée est le résultat du calcul global de TOA thermique, hydraulique et constructive.

calcul de vérification

Vérification de l'échangeur de chaleur est mise en oeuvre dans le cas où il est nécessaire de prévoir une réserve de marche d'une zone de surface d'échange de chaleur. La surface de la réserve pour des raisons différentes et dans différentes situations, si nécessaire par le mandat, si le fabricant décide de faire une marge supplémentaire pour être exactement que cette chaleur sera publié sur le régime, et de minimiser les erreurs dans les calculs. Dans certains cas, les réservations sont nécessaires pour arrondir les dimensions structurelles des résultats dans les autres (évaporateurs, économiseurs) dans le calcul de la capacité de l'échangeur de chaleur est spécialement surface de marge introduit sur la contamination de l' huile de compresseur présent dans le circuit de réfrigération. Oui, et la mauvaise qualité de l'eau doit être pris en compte. Après un certain temps, le bon fonctionnement des échangeurs de chaleur, en particulier à des températures élevées, l'écume se dépose sur la surface de l'appareil d'échange de chaleur, ce qui réduit le coefficient de transfert de chaleur, et conduisant inévitablement à une réduction de la prise de chaleur parasite. Par conséquent ingénieur compétent, un calcul de l'échangeur de chaleur « eau-eau », accorde une attention particulière à la réserve supplémentaire de la surface d'échange thermique. Vérification de calcul et de passer afin de voir comment l'équipement choisi travaillera sur d'autres modes secondaires. Par exemple, dans les climatiseurs centraux (installations d'alimentation en air) de chauffage pour la première et la deuxième chauffage utilisé pendant la saison froide, et impliquent souvent l'été pour l' alimentation de refroidissement alimentation en air de l' eau froide dans le tube d'échangeur de chaleur à air. Comment vont-ils fonctionner et ce qui donnera les paramètres pour évaluer le calcul de la durée.

Les estimations de la recherche

calculs de TOA de recherche effectués sur la base des résultats du calcul thermique et de vérification. Ils sont nécessaires, en règle générale, de faire les dernières modifications apportées à la structure du dispositif conçu. Ils ont également effectué pour corriger les équations sont définies dans le modèle de calcul mis en oeuvre TOA obtenu empiriquement (par des données expérimentales). Effectuer des recherches sur un calcul de dizaines et parfois des centaines de calculs par un plan spécial, développé et mis en œuvre dans la production selon la théorie mathématique de la conception d'expériences. D'après les résultats révèlent l'influence des différentes conditions et les quantités physiques sur les indicateurs de performance TOA.

d'autres calculs

Le calcul de la zone de l'échangeur de chaleur, ne pas oublier la résistance des matériaux. Les calculs de résistance TOA comprennent vérification de l'unité prévue pour la tension, la fixation en torsion aux moments de service maximale admissible aux détails et les noeuds de l'avenir de l'échangeur de chaleur. Avec des dimensions minimales du produit doivent être solides, stables et assurer le fonctionnement en toute sécurité dans différents, même dans les conditions les plus pénibles.

calcul dynamique est effectué pour déterminer diverses caractéristiques de l'échangeur de chaleur sur les modes de fonctionnement variables.

Types de conception de l'échangeur de chaleur

TOA récupératif dans la conception peut être divisée en un nombre suffisamment important de groupes. Le plus connu et largement utilisé – un échangeur de chaleur à plaques, de l'air (tube à ailettes), Shell et échangeurs de chaleur à tubes « tuyau dans tuyau », à enveloppe et la plaque, et d'autres. Il y a plus fortement des types spécialisés et exotiques, par exemple, spirale (cochlée-échangeur) ou le grattoir, qui fonctionnent avec des fluides visqueux ou non-newtoniens, et beaucoup d'autres types.

Echangeur de chaleur « tube dans tube »

Considérons le plus simple calcul du « tube dans tube » échangeur de chaleur. Structurellement, ce type de TOA est au maximum simplifiée. Pendant le démarrage de l'appareil de tube intérieur, habituellement le fluide de transfert de chaleur chaude pour minimiser les pertes, et dans le boîtier ou dans le tube extérieur, la course de refroidissement liquide de refroidissement. Ingénieur des tâches dans ce cas réduit à la détermination de la longueur de l'échangeur de chaleur sur la base de l'aire de surface d'échange de chaleur calculée et des diamètres prédéterminés.

Il convient d'ajouter que, dans la thermodynamique introduit le concept d'un échangeur de chaleur idéal, qui est l'unité de longueur infinie, où les liquides de refroidissement fonctionnent en compteur, et entre la différence de température entièrement déclenché. La conception « tuyau dans le tuyau » répond à ces exigences le plus proche. Et si elle est exécutée contre-courant des fluides de transfert de chaleur, ce sera la soi-disant « contre-réel » (par opposition à un contre-plaque comme dans TOA). la pression de la température la plus efficace déclenchée lorsqu'une organisation de la circulation. Cependant, effectuer un calcul de l'échangeur de chaleur « tuyau dans le tuyau » doit être réaliste et de ne pas oublier la composante logistique, ainsi que la facilité d'installation. longueur de evrofury – 13,5 m, et non pas toutes les installations techniques adaptées à déraper et l'installation d'équipements tels longueur.

échangeurs de chaleur tubulaires et Shell

Par conséquent, il fait partie du calcul d'un tel dispositif est fluide dans le calcul de l' échangeur de chaleur à calandre et tube. Ce dispositif, dans lequel le faisceau de tubes se trouve dans un seul boîtier (enveloppe), on le lave par différents liquides de refroidissement, en fonction de l'équipement de destination. Dans les condensateurs, par exemple, de fonctionner dans la chemise du réfrigérant, et de l'eau – dans un tube. Avec cette méthode de trafic environnements plus facile et plus efficace pour contrôler le fonctionnement de l'appareil. Dans les évaporateurs, à l'inverse, le réfrigérant bout dans les tubes et on les lave avec du liquide refroidi (eau, des saumures, des glycols, etc.). Par conséquent, l'échangeur de chaleur à tube calcul est réduit pour minimiser la taille de l'équipement. En jouant avec le diamètre de l'enveloppe, le diamètre et le nombre et la longueur de l'ingénieur de l'appareil de tuyaux interne entre la valeur calculée de la zone de surface d'échange de chaleur.

échangeurs de chaleur à air

L'un des de loin échangeurs de chaleur les plus courants – un des échangeurs de chaleur à tubes à ailettes. Ils sont appelés bobines. Lorsqu'ils ne sont pas seulement ajustés allant de aérothermes (de l'anglais. Fan + bobine, à savoir, « fan » + « bobine ») dans des blocs internes splits à Récupérateur de gaz de combustion géant (sélection de la chaleur du gaz de combustion à chaud et le transfert pour le chauffage) dans des chaudières à cogénération. Voilà pourquoi le calcul de l'échangeur de la bobine dépend de l'application, où la chaleur est mise en service. refroidisseurs d'air industriels (Vopy) installés dans les chambres de la viande de choc congelée, dans des congélateurs à basse température et d'autres objets de la réfrigération alimentaire, exigent certaines caractéristiques structurelles dans leur conception. Distance entre lamella (fin) doit être maximisée pour augmenter la durée de fonctionnement en continu entre les cycles de dégivrage. Vaporisateurs pour les PED (centre de données), au contraire, rend possible une plus compacte distance mezhlamelnye de serrage au minimum. De tels échangeurs de chaleur fonctionnent dans la « zone pure », entouré par un filtre fin (jusqu'à la classe HEPA), cependant, ce calcul est effectué de l'échangeur de chaleur tubulaire en mettant l'accent sur la réduction de l'encombrement.

Les échangeurs de chaleur à plaques

demande actuellement stable pour échangeurs de chaleur à plaques. Selon sa conception constructive, ils sont entièrement gasketed et semi-soudé, et mednopayanymi nikelpayanymi, la méthode de diffusion soudé et brasé (sans soudure). Conception thermique de l'échangeur de chaleur à plaques est suffisamment souple et pas particulièrement difficile à l'ingénieur. Le processus de sélection peut jouer des plaques de type, les canaux profonds, formant à ailettes, épaisseur en acier, différents matériaux et, plus important encore – de nombreux modèles de taille standard des appareils de différentes tailles. De tels échangeurs de chaleur sont faibles et larges (pour le chauffage à la vapeur d'eau) ou (échangeurs de chaleur de séparation pour les systèmes de conditionnement d'air) hautes et étroites. Ils sont souvent utilisés, et un support avec une transition de phase, soit comme condenseurs, des évaporateurs, des refroidisseurs à vapeur, predkondensatorov et ainsi de suite. D. Effectuer la conception thermique de l'échangeur de chaleur fonctionnant à un motif biphasique, un peu plus difficile que l'échangeur de chaleur du « liquide-liquide », mais pour ingénieur expérimenté ce problème est résoluble et n'est pas particulièrement difficile. Pour faciliter ces calculs les concepteurs d'ingénierie modernes utilisent la base de données informatique, où vous pouvez trouver beaucoup d'informations nécessaires, y compris le diagramme de phase d'un fluide frigorigène dans un mode de séquence, par exemple, un programme CoolPack.

Exemple de calcul échangeur

Le but principal du calcul est un calcul de la superficie de surface d'échange de chaleur nécessaire. Puissance calorifique (réfrigération) est généralement spécifiée dans les termes de référence, mais dans notre exemple, nous allons calculer et elle, pour, par exemple, une vérification de la spécification des exigences. Parfois, il arrive aussi que les données d'origine peuvent se glisser erreur. L'une des tâches d'un ingénieur compétent – cette erreur pour trouver et corriger. A titre d'exemple, réaliser un échangeur de chaleur à plaques de calcul de la « liquide – liquide ». Que ce soit un circuit séparateur (disjoncteur de pression) dans la construction de grande hauteur. Afin de soulager la pression sur l'équipement, la construction de gratte-ciel très souvent utilisé cette approche. D'un côté de l'échangeur de chaleur ont de l'eau à l'entrée Tvh1 = 14 ᵒS et sortie Tvyh1 = 9 ᵒS, et un débit taux G1 = 14 500 kg / h, et l'autre – est aussi l'eau, mais ici avec les éléments suivants paramètres: Tvh2 = 8 ᵒS, Tvyh2 ᵒS = 12, G2 = 18 125 kg / h.

puissance nécessaire (Q0) calculer la formule d'équilibre thermique (voir la figure ci-dessus, la formule 7.1 ..), où Cp – capacité thermique spécifique (valeur de la table). Pour simplifier les calculs Ces valeurs prennent la capacité calorifique EOT = 4,187 [kJ / kg * ᵒS]. Nous considérons:

Q1 = 14 500 * (14 – 9) * 4,187 = 303557,5 [kJ / h] = W = 84,3 84321,53 kW – sur le premier côté et

Q2 = 18 125 * (12 – 8) * 4,187 = 303557,5 [kJ / h] = W = 84,3 84321,53 kW – sur le second côté.

On notera que, selon la formule (7.1), Q0 = Q1 = Q2, quel que soit le côté du calcul effectué.

En outre, dans la principale équation de transfert de chaleur (7.2), on trouve la surface nécessaire (7.2.1), où k – coefficient de transfert thermique (supposée égale à 6350 [W / ^m2]), et ΔTsr.log. – la différence moyenne de la température, est calculé par la formule (7.3):

? T sr.log. = (2 – 1) / ln (2/1) = 1 / LN2 = 1 / 0,6931 = 1,4428;

F est = 1,4428 * 84321/6350 = 9,2 m ^2.

Dans le cas où le coefficient de transfert de chaleur est inconnue, le calcul est légèrement échangeur de chaleur à plaques plus compliqué. Formule (7.4) sont considérés comme des nombres de Reynolds où ρ – masse volumique [kg / ^m3], η – viscosité dynamique, [N * s / m ^2], v – vitesse du milieu dans le conduit [m / s], d cm – mouillable diamètre d'alésage [m].

Dans le tableau on cherche la valeur requise Prandtl [Pr], et la formule (7.5), nous obtenons le nombre de Nusselt, où n = 0,4 – a des conditions de chauffage de liquide, et n = 0,3 – refroidissement dans des conditions liquides.

En outre, la formule (7.6) est calculée à coefficient de transfert de chaleur du liquide de refroidissement à chaque paroi, et la formule (7.7) est supposé coefficient de transfert de chaleur, qui est substitué dans la formule (7.2.1) pour calculer l'aire de surface d'échange de chaleur.

Dans les formules ci-dessus, λ – coefficient de conduction thermique, ϭ – l'épaisseur de la paroi du canal, alpha1 et α2 – coefficients de transfert de chaleur de chacune de la paroi de transfert de chaleur.