Issiqlik almashtirgichni hisoblash hozirda besh daqiqadan oshmaydi. Bunday uskunani ishlab chiqaradigan va sotadigan har qanday tashkilot, qoida tariqasida, har kimga o'z tanlov dasturini taqdim etadi. Uni kompaniya veb-saytidan bepul yuklab olish mumkin yoki ularning texnik xodimi ofisingizga kelib, uni bepul o'rnatadi. Biroq, bunday hisob-kitoblarning natijasi qanchalik to'g'ri, unga ishonish mumkinmi va ishlab chiqaruvchi o'z raqobatchilari bilan tenderda kurashayotganda ayyorlik qilmayaptimi? Elektron kalkulyatorni tekshirish zamonaviy issiqlik almashtirgichlarni hisoblash metodologiyasini bilish yoki hech bo'lmaganda tushunishni talab qiladi. Keling, tafsilotlarni tushunishga harakat qilaylik.
Issiqlik almashtirgich nima
Issiqlik almashtirgichni hisoblashdan oldin, bu qanday qurilma ekanligini eslaylik? Issiqlik va massa o'tkazuvchi apparat (aka issiqlik almashinuvchisi, aka issiqlik almashtirgich yoki TOA)issiqlikni bir sovutish suvidan boshqasiga o'tkazish uchun qurilma. Issiqlik tashuvchilarning haroratini o'zgartirish jarayonida ularning zichligi va shunga mos ravishda moddalarning massa ko'rsatkichlari ham o'zgaradi. Shuning uchun bunday jarayonlar issiqlik va massa almashinuvi deb ataladi.
Issiqlik uzatish turlari
Endi issiqlik uzatish turlari haqida gapiraylik - ulardan faqat uchtasi bor. Radiativ - radiatsiya tufayli issiqlik uzatish. Misol tariqasida, yozning issiq kunida plyajda quyoshga botishni ko'rib chiqing. Va bunday issiqlik almashtirgichlarni hatto bozorda ham topish mumkin (quvurli havo isitgichlari). Biroq, ko'pincha turar-joy binolarini, kvartiradagi xonalarni isitish uchun biz moy yoki elektr radiatorlarini sotib olamiz. Bu issiqlik uzatishning yana bir turi - konveksiyaga misoldir. Konveksiya tabiiy, majburiy (kaput va qutida issiqlik almashtirgich mavjud) yoki mexanik (masalan, fan bilan) bo'lishi mumkin. Oxirgi turi ancha samarali.
Biroq, issiqlikni uzatishning eng samarali usuli - bu o'tkazuvchanlik yoki u ham deyilganidek, o'tkazuvchanlik (inglizchadan. o'tkazuvchanlik - "o'tkazuvchanlik"). Issiqlik almashtirgichning termal hisobini o'tkazmoqchi bo'lgan har qanday muhandis, birinchi navbatda, minimal o'lchamlarda samarali uskunani qanday tanlash haqida o'ylaydi. Va issiqlik o'tkazuvchanligi tufayli bunga erishish mumkin. Bunga misol qilib, bugungi kunda eng samarali TOA - plastinka issiqlik almashinuvchilari. Plastinkali issiqlik almashtirgich, ta'rifga ko'ra, issiqlik almashinuvchisi bo'lib, ularni ajratib turadigan devor orqali issiqlikni bir sovutish suvidan ikkinchisiga o'tkazadi. MaksimalTo'g'ri tanlangan materiallar, plastinka profili va qalinligi bilan ikkita vosita orasidagi mumkin bo'lgan aloqa maydoni texnologik jarayonda talab qilinadigan asl texnik xususiyatlarni saqlab qolgan holda tanlangan uskunaning o'lchamini minimallashtirishga imkon beradi.
Issiqlik almashtirgich turlari
Issiqlik almashtirgichni hisoblashdan oldin uning turi bilan aniqlanadi. Barcha TOA ni ikkita katta guruhga bo'lish mumkin: rekuperativ va regenerativ issiqlik almashinuvchilari. Ularning asosiy farqi quyidagilardan iborat: regenerativ TOAlarda issiqlik almashinuvi ikkita sovutgichni ajratib turadigan devor orqali sodir bo'ladi, regenerativlarda esa ikkita vosita bir-biri bilan bevosita aloqada bo'lib, ko'pincha aralashadi va maxsus ajratgichlarda keyinchalik ajratishni talab qiladi. Qayta tiklanadigan issiqlik almashtirgichlar aralashtirish va o'rash bilan issiqlik almashtirgichlarga bo'linadi (statsionar, tushadigan yoki oraliq). Taxminan aytadigan bo'lsak, sovuqqa duchor bo'lgan bir chelak issiq suv yoki muzlatgichda sovutish uchun bir stakan issiq choy (hech qachon bunday qilmang!) - bu TOA ni aralashtirishning misolidir. Va choyni likopchaga quyib, uni shu tarzda sovutib, biz birinchi navbatda atrofdagi havo bilan aloqa qiladigan va uning haroratini oladigan nozulli regenerativ issiqlik almashtirgichga misol olamiz (bu misoldagi likopcha ko'krak rolini o'ynaydi), va keyin unga quyilgan issiq choydan issiqlikning bir qismini olib, ikkala vositani termal muvozanatga keltirishga intiladi. Biroq, biz allaqachon bilib olganimizdek, issiqlikni bir muhitdan ikkinchisiga o'tkazish uchun issiqlik o'tkazuvchanligidan foydalanish samaraliroqdir, shuning uchunBugungi kunda ko'proq issiqlik o'tkazuvchanligi foydali (va keng qo'llaniladigan) TOAlar, albatta, regenerativ hisoblanadi.
Issiqlik va konstruktiv dizayn
Rekuperativ issiqlik almashtirgichning har qanday hisobi termal, gidravlik va mustahkamlik hisoblari natijalari asosida amalga oshirilishi mumkin. Ular yangi jihozlarni loyihalashda asosiy, majburiydir va shunga o'xshash qurilmalar liniyasining keyingi modellarini hisoblash metodologiyasining asosini tashkil qiladi. TOA ni termal hisoblashning asosiy vazifasi issiqlik almashtirgichning barqaror ishlashi va chiqish joyidagi muhitning kerakli parametrlarini saqlash uchun issiqlik almashinuvi yuzasining zarur maydonini aniqlashdir. Ko'pincha, bunday hisob-kitoblarda muhandislarga kelajakdagi uskunaning og'irligi va o'lchami xususiyatlarining o'zboshimchalik qiymatlari (material, quvur diametri, plastinka o'lchamlari, to'plam geometriyasi, qanotlarning turi va materiallari va boshqalar) beriladi, shuning uchun keyin termal hisoblash, ular odatda issiqlik almashtirgichning konstruktiv hisob-kitobini amalga oshiradilar. Axir, agar birinchi bosqichda muhandis ma'lum bir quvur diametri uchun zarur bo'lgan sirt maydonini hisoblagan bo'lsa, masalan, 60 mm va issiqlik almashtirgichning uzunligi taxminan oltmish metrga aylangan bo'lsa, unda o'tishni taxmin qilish mantiqiyroq bo'ladi. ko'p o'tkazgichli issiqlik almashtirgichga yoki qobiq va trubka turiga yoki quvurlar diametrini oshirish uchun.
Gidravlik hisob
Gidravlik yoki gidromexanik, shuningdek aerodinamik hisoblar gidravlikani aniqlash va optimallashtirish maqsadida amalga oshiriladi.issiqlik almashtirgichdagi (aerodinamik) bosim yo'qotishlari, shuningdek ularni bartaraf etish uchun energiya xarajatlarini hisoblash. Sovutish suyuqligining o'tishi uchun har qanday yo'lni, kanalni yoki quvurni hisoblash inson uchun asosiy vazifani - bu sohada issiqlik uzatish jarayonini kuchaytirishni talab qiladi. Ya'ni, bir vosita uzatishi kerak, ikkinchisi esa uning oqimining minimal davrida iloji boricha ko'proq issiqlikni oladi. Buning uchun ko'pincha qo'shimcha issiqlik almashinuvi yuzasi, rivojlangan sirt qovurg'asi shaklida (chegaraviy laminar pastki qatlamni ajratish va oqim turbulentligini kuchaytirish uchun) ishlatiladi. Gidravlik yo'qotishlar, issiqlik almashinuvi sirtining maydoni, og'irlik va o'lcham xususiyatlari va olib tashlangan issiqlik quvvatining optimal muvozanat nisbati TOA ning termal, gidravlik va strukturaviy hisob-kitoblarining kombinatsiyasi natijasidir.
Hisoblashni tekshirish
Issiqlik almashtirgichni tekshirish hisob-kitobi quvvat bo'yicha yoki issiqlik almashinuvi yuzasining maydoni bo'yicha chegara qo'yish zarur bo'lganda amalga oshiriladi. Sirt turli sabablarga ko'ra va turli vaziyatlarda saqlanadi: agar texnik topshiriqda talab etilsa, ishlab chiqaruvchi bunday issiqlik almashtirgichning rejimga etib borishiga ishonch hosil qilish uchun qo'shimcha marja qilishga qaror qilsa va xatolarni kamaytirishga imkon beradi. hisob-kitoblar. Ba'zi hollarda konstruktiv o'lchamlarning natijalarini yaxlitlash uchun ortiqcha kerak bo'ladi, boshqalarida (evaporatorlar, iqtisodchilar) sovutish pallasida mavjud bo'lgan kompressor moyi bilan ifloslanish uchun issiqlik almashtirgich quvvatini hisoblashda sirt chegarasi maxsus kiritiladi.. Va suv sifati yomonhisobga olinishi kerak. Issiqlik almashtirgichlarning bir muncha vaqt uzluksiz ishlashidan so'ng, ayniqsa yuqori haroratlarda, shkala apparatning issiqlik almashinuvi yuzasiga joylashib, issiqlik uzatish koeffitsientini pasaytiradi va muqarrar ravishda issiqlikni olib tashlashning parazitar pasayishiga olib keladi. Shuning uchun, vakolatli muhandis, suvdan suvga issiqlik almashtirgichni hisoblashda, issiqlik almashinuvi yuzasining qo'shimcha ortiqcha bo'lishiga alohida e'tibor beradi. Tanlangan uskunaning boshqa, ikkinchi darajali rejimlarda qanday ishlashini ko'rish uchun tekshirish hisobi ham amalga oshiriladi. Misol uchun, markaziy konditsionerlarda (ta'minot agregatlarida) sovuq mavsumda ishlatiladigan birinchi va ikkinchi isitish isitgichlari ko'pincha yozda kiruvchi havoni sovutish uchun ishlatiladi, havo issiqlik almashinuvi quvurlarini sovuq suv bilan ta'minlaydi. Ularning qanday ishlashi va qaysi parametrlarni berishi tekshirish hisobini baholash imkonini beradi.
Tadqiqot hisoblari
TOA ning tadqiqot hisob-kitoblari issiqlik va tekshirish hisob-kitoblarining olingan natijalari asosida amalga oshiriladi. Ular, qoida tariqasida, loyihalashtirilgan apparatlar dizayniga so'nggi tuzatishlar kiritish uchun zarurdir. Ular, shuningdek, empirik (eksperimental ma'lumotlarga ko'ra) olingan TOA ning amalga oshirilgan hisoblash modeliga kiritilgan har qanday tenglamalarni tuzatish uchun amalga oshiriladi. Ilmiy-tadqiqot hisob-kitoblarini bajarish maxsus rejaga muvofiq ishlab chiqilgan va ishlab chiqarishga joriy qilingan o'nlab, ba'zan esa yuzlab hisob-kitoblarni o'z ichiga oladi.tajribalarni rejalashtirishning matematik nazariyasi. Natijalar asosida turli xil sharoitlar va fizik miqdorlarning TOA samaradorligi ko'rsatkichlariga ta'siri aniqlanadi.
Boshqa hisoblar
Issiqlik almashtirgich maydonini hisoblashda materiallarning qarshiligi haqida unutmang. TOA kuchini hisob-kitoblari loyihalashtirilgan blokni kuchlanish, buralish, kelajakdagi issiqlik almashtirgichning qismlari va agregatlariga ruxsat etilgan maksimal ish momentlarini qo'llash uchun tekshirishni o'z ichiga oladi. Minimal o'lchamlarda mahsulot kuchli, barqaror bo'lishi va turli, hatto eng qiyin ish sharoitlarida xavfsiz ishlashini kafolatlashi kerak.
Dinamik hisoblash o'zgaruvchan ish rejimlarida issiqlik almashtirgichning turli xususiyatlarini aniqlash uchun amalga oshiriladi.
Issiqlik almashtirgich dizayn turlari
Rekuperativ TOA dizayni bo'yicha juda ko'p sonli guruhlarga bo'linishi mumkin. Eng mashhur va keng qo'llaniladigan plastinka issiqlik almashtirgichlari, havo (quvurli qanotli), qobiq va trubka, quvur ichidagi issiqlik almashinuvchilari, qobiq va plastinka va boshqalar. Yana ekzotik va yuqori darajada ixtisoslashgan turlari, masalan, spiral (lagal issiqlik almashtirgich) yoki qirqib olingan turlar, ular yopishqoq yoki Nyutondan tashqari suyuqliklar bilan ishlaydi, shuningdek, boshqa ko'plab turlar mavjud.
Quvur ichidagi issiqlik almashtirgichlar
Keling, "quvur ichidagi quvur" issiqlik almashtirgichining eng oddiy hisobini ko'rib chiqaylik. Strukturaviy ravishda, ushbu turdagi TOA maksimal darajada soddalashtirilgan. Qoida tariqasida, ular apparatning ichki trubasiga kirishadiyo'qotishlarni minimallashtirish uchun issiq sovutish suvi va sovutish suvi korpusga yoki tashqi quvurga yuboriladi. Bu holda muhandisning vazifasi issiqlik almashinuvi yuzasining hisoblangan maydoni va berilgan diametrlar asosida bunday issiqlik almashtirgichning uzunligini aniqlashga qisqartiriladi.
Bu yerda shuni qoʻshimcha qilish joizki, termodinamikada ideal issiqlik almashtirgich, yaʼni issiqlik tashuvchilar qarama-qarshi oqimda ishlaydigan va ular orasidagi harorat farqi toʻliq ishlab chiqilgan cheksiz uzunlikdagi apparat tushunchasi kiritilgan.. Quvur ichidagi quvur dizayni ushbu talablarni qondirishga eng yaqin. Va agar siz sovutish suvini teskari oqimda ishlatsangiz, u "haqiqiy qarshi oqim" deb ataladigan bo'ladi (va TOA plastinkalarida bo'lgani kabi o'zaro o'tish emas). Harorat boshi bunday harakatni tashkil qilish bilan eng samarali tarzda ishlab chiqilgan. Biroq, "quvurdagi quvur" issiqlik almashtirgichini hisoblashda, realistik bo'lishi kerak va logistika komponentini, shuningdek, o'rnatish qulayligini unutmaslik kerak. Evro yuk mashinasining uzunligi 13,5 metrni tashkil etadi va barcha texnik binolar bu uzunlikdagi uskunani siljitish va o'rnatishga moslashtirilmagan.
Qopqoqli issiqlik almashtirgichlar
Shuning uchun, ko'pincha bunday qurilmani hisoblash qobiq va quvurli issiqlik almashtirgichni hisoblashda muammosiz o'tadi. Bu uskunaning maqsadiga qarab turli xil sovutgichlar bilan yuvilgan quvurlar to'plami bitta korpusda (qopqoqda) joylashgan qurilma. Kondensatorlarda, masalan, sovutgich qobiqqa, suv esa quvurlarga tushadi. Media harakatining ushbu usuli bilan boshqarish qulayroq va samaraliroqapparatning ishlashi. Bug'lashtirgichlarda, aksincha, sovutilgan suyuqlik (suv, sho'r suvlar, glikollar va boshqalar) bilan yuvilganda sovutgich quvurlarda qaynatiladi. Shuning uchun, qobiq va quvurli issiqlik almashtirgichni hisoblash uskunaning o'lchamlarini minimallashtirish uchun qisqartiriladi. Qobiq diametri, ichki quvurlarning diametri va soni va apparat uzunligi bilan o'ynab, muhandis issiqlik almashinuvi yuzasi maydonining hisoblangan qiymatiga etadi.
Havo issiqlik almashinuvchilari
Hozirgi kunda eng keng tarqalgan issiqlik almashtirgichlardan biri quvurli qanotli issiqlik almashtirgichlardir. Ularni ilonlar deb ham atashadi. Ular nafaqat o'rnatiladigan joyda, split tizimlarning ichki bloklarida fan kangal agregatlaridan (inglizcha fan + spiraldan, ya'ni "fan" + "bobin") boshlab va ulkan tutun gazini rekuperatorlari (issiq gazdan issiqlik olish) bilan tugaydi. va isitish ehtiyojlari uchun uzatish) CHPdagi qozonxonalarda. Shuning uchun rulonli issiqlik almashtirgichni hisoblash ushbu issiqlik almashtirgich ishga tushadigan dasturga bog'liq. Go'shtni portlatib muzlatish kameralarida, past haroratli muzlatgichlarda va boshqa oziq-ovqat sovutgichlarida o'rnatilgan sanoat havo sovutgichlari (HOP) ularning dizaynida muayyan dizayn xususiyatlarini talab qiladi. Muzdan tushirish davrlari orasidagi uzluksiz ishlash vaqtini oshirish uchun lamellar (finlar) orasidagi masofa imkon qadar katta bo'lishi kerak. Ma'lumotlar markazlari (ma'lumotlarni qayta ishlash markazlari) uchun evaporatorlar, aksincha, interlamellarni mahkamlash orqali iloji boricha ixcham qilingan.minimal masofa. Bunday issiqlik almashtirgichlar nozik filtrlar bilan o'ralgan (HEPA sinfiga qadar) "toza zonalarda" ishlaydi, shuning uchun quvurli issiqlik almashtirgichning bunday hisobi o'lchamlarini minimallashtirishga urg'u berilgan holda amalga oshiriladi.
Plastinkali issiqlik almashtirgichlar
Hozirgi vaqtda plastinka issiqlik almashinuvchilari barqaror talabga ega. Dizayniga ko'ra, ular butunlay yig'iladigan va yarim payvandlangan, mis va nikel lehimli, payvandlangan va diffuziya bilan (lehimsiz) lehimlangan. Plastinkali issiqlik almashtirgichning termal hisobi juda moslashuvchan va muhandis uchun hech qanday qiyinchilik tug'dirmaydi. Tanlash jarayonida siz plitalar turi, zarb kanallarining chuqurligi, qanotlar turi, po'latning qalinligi, turli materiallar va eng muhimi, turli o'lchamdagi qurilmalarning ko'plab standart o'lchamli modellari bilan o'ynashingiz mumkin. Bunday issiqlik almashtirgichlar past va keng (suvni bug 'isitish uchun) yoki yuqori va tor (konditsioner tizimlari uchun issiqlik almashtirgichlarni ajratish). Ular, shuningdek, tez-tez o'zgarishlar muhiti uchun ishlatiladi, ya'ni, kondensatorlar, evaporatorlar, desuperheaters, prekondensatorlar, va hokazo. Ikki fazali issiqlik almashtirgichning termal hisobi suyuqlik-suyuqlik issiqlik almashtirgichga qaraganda biroz murakkabroq, ammo tajribali muhandis uchun, bu vazifa hal qilinadi va hech qanday qiyinchilik tug'dirmaydi. Bunday hisob-kitoblarni osonlashtirish uchun zamonaviy dizaynerlar muhandislik kompyuterlarining ma'lumotlar bazalaridan foydalanadilar, bu erda siz juda ko'p kerakli ma'lumotlarni, shu jumladan har qanday tozalashda har qanday sovutgichning holati diagrammalarini, masalan, dasturni topishingiz mumkin. CoolPack.
Issiqlik almashtirgichni hisoblash misoli
Hisoblashning asosiy maqsadi issiqlik almashinuvi yuzasining kerakli maydonini hisoblashdir. Issiqlik (sovutish) quvvati odatda texnik topshiriqda ko'rsatilgan, ammo bizning misolimizda biz uni hisoblab chiqamiz, aytganda, texnik topshiriqning o'zini tekshirish uchun. Ba'zan shunday bo'ladiki, xato manba ma'lumotlariga kirishi mumkin. Vakolatli muhandisning vazifalaridan biri bu xatoni topish va tuzatishdir. Misol tariqasida, "suyuq-suyuqlik" tipidagi plastinka issiqlik almashtirgichini hisoblaylik. Bu baland binoda bosim to'xtatuvchisi bo'lsin. Uskunani bosim bilan tushirish uchun bu yondashuv osmono'par binolarni qurishda juda tez-tez qo'llaniladi. Issiqlik almashtirgichning bir tomonida bizda kirish harorati Tin1=14 ᵒS va chiqish harorati Tout1=9 ᵒS, oqim tezligi G1=14,500 kg / soat, ikkinchisida esa suv bor, lekin faqat. quyidagi parametrlar bilan: Tin2=8 ᵒS, Tout2=12 ᵒS, G2=18 125 kg/soat.
Biz kerakli quvvatni (Q0) issiqlik balansi formulasidan foydalanib hisoblaymiz (yuqoridagi rasmga qarang, formula 7.1), bu erda Sr o'ziga xos issiqlik sig'imi (jadval qiymati). Hisob-kitoblarning soddaligi uchun issiqlik sig'imining kamaytirilgan qiymatini olamiz Srva=4,187 [kJ/kgᵒS]. Hisoblash:
Q1=14,500(14 - 9)4, 187=303557. 5 [kJ/soat]=84321, 53 Vt=84. 3 kVt - birinchi tomonda va
Q2=18 125(12 - 8)4, 187=303557. 5 [kJ/soat]=84321, 53 Vt=84. 3 kVt - ikkinchi tomonda.
E'tibor bering, (7.1) formulaga muvofiq, Q0=Q1=Q2,hisob qaysi tomonda qilingan.
Bundan tashqari, asosiy issiqlik uzatish tenglamasidan (7.2) foydalanib, biz kerakli sirt maydonini (7.2.1) topamiz, bu erda k - issiqlik uzatish koeffitsienti (6350 [Vt/m ga teng qabul qilingan) 2]) va DTav.log. - (7.3) formula bo'yicha hisoblangan o'rtacha logarifmik harorat farqi:
DT oʻrtacha jurnal.=(2 - 1) / ln (2/1)=1 / ln2=1/0, 6931=1, 4428;
F keyin=84321 / 63501, 4428=9,2 m2.
Issiqlik uzatish koeffitsienti noma'lum bo'lsa, plastinka issiqlik almashtirgichni hisoblash biroz murakkabroq. Formula (7.4) bo'yicha Reynolds mezonini hisoblaymiz, bu erda r - zichlik, [kg/m3], ķ - dinamik yopishqoqlik, [Ns/m 2], v – kanaldagi muhitning tezligi, [m/s], d sm – kanalning namlangan diametri [m].
Jadvalga ko'ra, bizga kerak bo'lgan Prandtl mezonining [Pr] qiymatini qidiramiz va (7.5) formuladan foydalanib, Nusselt mezonini olamiz, bu erda n=0,4 - suyuqlik isitish sharoitida va n=0,3 - suyuq sovutish sharoitida.
Keyin, (7.6) formuladan foydalanib, har bir sovutish suvidan devorga issiqlik uzatish koeffitsientini hisoblab chiqamiz va (7.7) formuladan foydalanib, issiqlik uzatish koeffitsientini hisoblaymiz, uni formulaga (7.2.1) almashtiramiz. issiqlik almashinuvi sirtining maydonini hisoblash uchun.
Ko'rsatilgan formulalarda l - issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti, t - kanal devorining qalinligi, a1 va a2 - har bir issiqlik tashuvchidan devorga issiqlik uzatish koeffitsientlari.
