Расчет теплообменника – это процесс, при помощи которого проводится поиск решения в вопросе теплоснабжения путем проведения технических подсчетов и осуществления его. Они проводятся с целью проверки эффективности работы планируемого оборудования. Такие расчеты позволяют создать модель, которая будет работать с максимальной эффективностью в определенных условиях.
Для проведения расчетов используется ряд показателей, которые определяются физическими и химическими свойствами веществ и материалов, используемых для функционирования оборудования:
- удельная теплоемкость – это величина, определяющая объем тепловой энергии, требуемой для того, чтобы повысить температуру вещества объемом 1 кг на 1° C; она позволяет определить величину интенсивности процесса аккумулирования тепла;
- средняя теплоемкость – определяется в определенном промежутке;
- удельная энтальпия – представлена объемом тепла, который используется для того, чтобы нагреть вещество от 0° C до определенного уровня;
- удельная теплота химических превращений – определяет объем тепла, которое выделит одна единица вещества при химической трансформации;
- удельная теплота фазовых превращений – это показатель, который указывает на то, как будет меняться величина тепла при переходе в другое состояние.
Тепловой и конструктивный расчет
Чтобы произвести расчет репродуктивного теплообменника, стоит использовать результаты следующих вычислений:
- теплового;
- гидравлического;
- прочностного.
Все эти величины являются основополагающими. Они необходимы для создания основной модели, а также ее аналогов. Тепловой расчет позволяет определить оптимальную площадь поверхности, которая обеспечит стабильную деятельность оборудования и поддержание установленных параметров сред на выходе. Для проведения теплового расчета, как правило, используются произвольные значения. К ним можно отнести материал, из которого изготовлено оборудование, поэтому очень важно в обязательном порядке дополнительно проводить конструктивный расчет теплообменника. Он позволяет найти оптимальный вариант решения проблемы теплообмена в случае, если параметры, определенные первым способом, превышают пределы норм по размерам. В таком случае стоит провести усовершенствование теплообменника.
**Пример расчета теплообменника пластичнатого представлен компанией ООО "Тепло Профи"
Гидравлический расчет
При работе теплообменника важную роль играет давление. Оно обеспечивает максимальную теплоотдачу оборудования. При этом при любых обстоятельствах стоит учитывать, что его уровень будет снижен. Чтобы найти решение для оптимизации оборудования, необходимо провести специальные расчеты. Существует три типа расчетов, позволяющих определить количество снижения давления в теплопередающем оборудовании, а также найти решение для оптимизации:
- гидравлические;
- гидромеханические;
- аэродинамические.
Они позволяют подсчитать энергетические затраты на минимализацию потерь. Главной задачей любого расчета является приведение процесса теплообмена к тому, чтобы передающая и получающая среды обменивались теплом на промежутке в больших количествах. Чтобы решить этот вопрос, в большинстве случаев используют дополнительную поверхность, которая может быть представлена как оребрение поверхности, что позволяет усилить турбулизацию потока. Результат совокупности гидравлического и конструктивного расчетов позволяет достичь баланса потерь и давления и тепловой мощности.
Поверочный расчет
В случае, если необходимо предусмотреть запас дополнительной мощности или площади, важно провести поверочный расчет. Существует несколько видов ситуаций, при которых стоит проводить резервирование мощности:
- в связи с требованием тех. задания;
- решение, принятое производителем с целью доведения теплообменника до необходимой нормы;
- с целью округления результатов конструктивных расчетов;
- на случай загрязнения системы компрессорным маслом, которое находится в охладительном контуре.
При проведении расчетов учитывается также низкое качество воды, что дает дополнительные основания для резервирования. Это связано с тем, что со временем при интенсивной работе оборудования на поверхности теплообменной части остается накипь. Это снижает теплоотдачу и приводит к значительным потерям мощности. В связи с этим добросовестные производители в обязательном порядке проводят расчет, который получил название «вода-вода». При нем уделяется особое внимание созданию резерва площади теплообменника.
Еще одна задача поверочного расчета представлена как метод определения характера работы теплообменника на нестандартных режимах. Они предусматривают использование теплообменника для охлаждения в теплое время года. В таком случае в трубы подается холодная вода. Насколько это будет эффективно, позволит определить поверочный расчет.
Исследовательский расчет
Определив оптимальную площадь поверхности и запас мощности, можно провести исследовательский расчет. Его делают для того, чтобы внести окончательные поправки в строение конструкции оборудования. Их целью также является корректировка нерешенных вопросов, возникших в процессе создания оборудования. Исследовательский расчет является самым сложным, так как включает в себя от десятков до нескольких сотен подробных подсчетов. Их количество и порядок определены математической теорией проведения экспериментов, внедренной на производстве. Они позволяют определить эффективность роботы оборудования.
Другие расчеты
Помимо всех вышеперечисленных расчетов, проводятся дополнительные, такие как динамические. Они позволяют определить характеристики работы оборудования в различных режимах использования, что позволяет минимализировать сбои в работе системы. Также стоит рассчитать площадь с учетом сопротивления материалов. А такой расчет, как прочностной, позволит определить допустимые нормы воздействия на агрегат. Все вышеперечисленные расчеты применяются как для определения эффективности работы оборудования, так и для проверки безопасности его использования. Поэтому не стоит отказываться от проведения этих расчетов, несмотря на то, что они не входят в список первоочередных.
Как правильно сделать расчет теплообменника?
Видео расчета https://www.youtube.com/watch?v=GJq6ldn4aqM
Пример расчета теплообменника
Из реактора выходит поток горючего продукта, который необходимо охладить. Начальная температура составляет t1н = 95° C. Конечная температура, образуемая в результате осуществления теплообмена, составляет t1к = 50° C. Чтобы осуществить данный процесс, вещество отправляют в холодильник, в который, в свою очередь, поступает жидкость с показателем t2н = 20° C. Необходимо рассчитать ∆tср с учетом прямотока и противотока воды в холодильнике.
Решение: 1) Учитывая тот факт, что полученная температура воды равна t2к, при условии того, что движение осуществляется прямоточное, она не может быть выше, чем окончательная температура носителя тепла (t1к = 50° C), поэтому примем значение t2к = 40° C.
Чтобы определить, сколько составит средняя температура у входа и выхода охлаждающего агрегата:
- ∆tн ср = 95–20 = 75;
- ∆tк ср = 50–40 = 10;
- ∆tср = 75–10 / ln(75/10) = 32,3° C.
2) Полученную температуру при противоточном движении условно обозначим такой же, как в первом случае t2к = 40° C.
- ∆tн ср = 95–40 = 55;
- ∆tк ср = 50–20 = 30;
- ∆tср = 55–30 / ln(55/30) = 41,3° C
