Isı eşanjörünün hesaplanması şu anda beş dakikadan fazla sürmez. Kural olarak, bu tür ekipmanı üreten ve satan herhangi bir kuruluş, herkese kendi seçim programını sağlar. Bunu şirketin web sitesinden ücretsiz olarak indirebilirsiniz veya teknisyenleri ofisinize gelip ücretsiz olarak kuracaktır. Bununla birlikte, bu tür hesaplamaların sonucu ne kadar doğrudur, ona güvenmek mümkün müdür ve üretici rakipleriyle bir ihalede savaşırken kurnaz değil mi? Elektronik bir hesap makinesini kontrol etmek, modern ısı eşanjörleri için bilgi veya en azından hesaplama metodolojisinin anlaşılmasını gerektirir. Ayrıntıları anlamaya çalışalım.
Isı eşanjörü nedir
Isı eşanjörünü hesaplamadan önce hatırlayalım, bu ne tür bir cihazdır? Bir ısı ve kütle değişim aparatı (aka bir ısı eşanjörü, bir ısı eşanjörü veya TOA olarak da bilinir), ısıyı bir ısı taşıyıcıdan diğerine aktarmak için kullanılan bir cihazdır. Soğutucuların sıcaklıklarını değiştirme sürecinde, yoğunlukları ve buna bağlı olarak maddelerin kütle göstergeleri de değişir. Bu nedenle bu tür işlemlere ısı ve kütle transferi denir.
Ana menü
Merhaba! Bir ısı eşanjörü, iki veya daha fazla ısı taşıyıcı arasında veya ısı taşıyıcılar ile katılar (nozul, duvar) arasında ısı alışverişinin gerçekleştirildiği bir cihazdır. Soğutucunun rolü, aparatı çevreleyen ortam tarafından da oynanabilir. Amaca ve tasarımına göre, ısı eşanjörleri en basitinden (radyatör) en gelişmişe (kazan ünitesi) kadar çok farklı olabilir. Çalışma prensibine göre, ısı eşanjörleri reküperatif, rejeneratif ve karıştırıcı olmak üzere alt bölümlere ayrılmıştır.
Reküperatif cihazlar, sıcak ve soğuk ısı taşıyıcılarının katı bir duvarla ayrılmış olarak aynı anda aktığı cihazlar olarak adlandırılır. Bu cihazlar arasında ısıtıcılar, kazan üniteleri, kondansatörler, buharlaştırıcılar vb. Bulunur.
Aynı ısıtma yüzeyinin dönüşümlü olarak sıcak ve soğuk sıvıyla yıkandığı cihazlara rejeneratif denir. Bu durumda, aparatın duvarlarının sıcak sıvı ile etkileşimleri sırasında biriktirdikleri ısı, soğuk sıvıya verilir. Rejeneratif aparatların bir örneği, açık ocak ve yüksek fırınların hava ısıtıcıları, ısıtma fırınları, vb.'dir. Rejeneratörlerde, ısı değişimi her zaman sabit olmayan koşullar altında meydana gelirken, reküperatif cihazlar çoğunlukla sabit bir modda çalışır.
Reküperatif ve rejeneratif cihazlara yüzeysel cihazlar da denir, çünkü içlerindeki ısı transferi işlemi kaçınılmaz olarak bir katının yüzeyi ile ilişkilidir.
Mikserler, sıcak ve soğuk sıvıların direk karıştırılmasıyla ısı transferinin gerçekleştirildiği cihazlardır.
Isı taşıyıcılarının ısı eşanjörlerinde karşılıklı hareketi farklı olabilir (Şekil 1.).
Buna bağlı olarak, doğrudan akışlı, karşı akışlı, çapraz akışlı ve ısı taşıyıcılarının karmaşık bir hareket yönü (karışık akım) olan cihazlar arasında bir ayrım yapılır. Soğutucular bir yönde paralel olarak akarsa, bu tür bir hareket modeline ileri akış denir (Şekil 1.). Ters akışla, soğutucular paralel olarak ancak birbirlerine doğru hareket eder. Sıvıların hareket yönleri kesişirse, hareket modeline çapraz akış denir. Belirtilen şemalara ek olarak, pratikte daha karmaşık olanlar da kullanılır: eşzamanlı ileri akış ve karşı akış, çoklu çapraz akım, vb.
Teknolojik amaç ve tasarım özelliklerine bağlı olarak, ısı eşanjörleri su ısıtıcıları, kondansatörler, kazan birimleri, buharlaştırıcılar vb. Olarak alt bölümlere ayrılır. Ancak ortak olan, hepsinin ısıyı bir ısı taşıyıcıdan diğerine aktarmaya hizmet etmesidir, bu nedenle temel hükümler termal hesaplama onlar için aynıdır. ... Fark, yalnızca nihai uzlaşma amacı olabilir. Yeni bir ısı eşanjörü tasarlarken, hesaplama görevi ısıtma yüzeyini belirlemektir; Mevcut ısı eşanjörünün doğrulama termal hesaplamasında, aktarılan ısı miktarını ve çalışma akışkanlarının son sıcaklıklarını bulmak gerekir.
Her iki durumda da ısı hesaplaması, ısı dengesi denklemlerine ve ısı transferi denklemine dayanmaktadır.
Isı eşanjörünün ısı dengesi denklemi şu şekildedir:
M, soğutucunun kütle akış hızıdır, kg / s; cpm - soğutucunun özgül kütle izobarik ortalama ısı kapasitesi, J / (kg * ° С).
Burada ve devamında, alt simge "1" sıcak sıvı (birincil ısı taşıyıcı) ve alt simge "2" - soğuk sıvı (ikincil ısı taşıyıcı) ile ilgili değerleri belirtir; bir hat, aparatın girişindeki sıvının sıcaklığına ve çıkışta iki hattın sıcaklığına karşılık gelir.
Isı eşanjörlerini hesaplarken, ısı taşıyıcının kütle akış hızının (su eşdeğeri) toplam ısı kapasitesi kavramı genellikle C = Mav W / ° C'ye eşit olarak kullanılır. İfadeden (1) şunu takip eder:
yani, tek fazlı ısı transfer akışkanlarının sıcaklık değişimlerinin oranı, toplam tüketim ısı kapasitelerinin (su eşdeğerleri) oranıyla ters orantılıdır.
Isı transfer denklemi şu şekilde yazılır: Q = k * F * (t1 - t2), burada t1, t2 birincil ve ikincil ısı taşıyıcılarının sıcaklıklarıdır; F, ısı transfer yüzey alanıdır.
Isı değişimi sırasında, çoğu durumda, her iki ısı taşıyıcısının sıcaklıkları değişir ve bu nedenle, sıcaklık başlığı Δt = t1 - t2 değişir. Isı değişim yüzeyi üzerindeki ısı transfer katsayısı da değişken bir değere sahip olacaktır, bu nedenle, sıcaklık farkı Δtav ve ısı transfer katsayısı kcp'nin ortalama değerleri, ısı transfer denklemine ikame edilmelidir, yani
Q = kсp * F * Δtcp (3)
Isı değişim alanı F, formül (3) ile hesaplanırken, termal performans Q belirtilir. Sorunu çözmek için, ısı transfer katsayısı kсp ve sıcaklık kafası Δtav'ın tüm yüzeyi üzerindeki ortalamayı hesaplamak gerekir.
Ortalama sıcaklık farkını hesaplarken, ısı değişim yüzeyi boyunca ısı taşıyıcılarının sıcaklıklarındaki değişimin doğasını hesaba katmak gerekir. Uçlarda bir sıcaklık farkı varlığında (yan yüzeyler yalıtılmıştır), bir plaka veya silindirik çubukta uzunluk boyunca sıcaklık dağılımının doğrusal olduğu termal iletkenlik teorisinden bilinmektedir. Isı değişimi yan yüzeyde meydana gelirse veya sistem dahili ısı kaynaklarına sahipse, bu durumda sıcaklık dağılımı eğriseldir. Eşit bir ısı kaynağı dağılımı ile, uzunluk boyunca sıcaklıktaki değişiklik parabolik olacaktır.
Bu nedenle, ısı eşanjörlerinde, ısı taşıyıcılarının sıcaklıklarındaki değişimin niteliği doğrusal olandan farklıdır ve ısı taşıyıcılarının kütle akış hızlarının toplam ısı kapasiteleri C1 ve C2 ve karşılıklı hareketlerinin yönü ile belirlenir. (İncir. 2).
F yüzeyindeki sıcaklık değişiminin aynı olmadığı grafiklerden görülebilmektedir. Denklem (2) 'ye uygun olarak, kütle akışının daha düşük ısı kapasitesi ile ısı taşıyıcıda daha büyük bir sıcaklık değişimi olacaktır. Isı taşıyıcıları aynıysa, örneğin sudan suya ısı eşanjöründe, o zaman ısı taşıyıcılarının sıcaklıklarındaki değişimin niteliği tamamen akış hızları tarafından belirlenecek ve daha düşük bir akış hızında sıcaklık değişimi büyük olacaktır.Ortak akışla, ısıtılmış ortamın nihai sıcaklığı t "2, her zaman aparatın çıkışındaki ısıtma ortamının sıcaklığından t" 1 daha düşüktür ve karşı akışla, nihai sıcaklık t "2, sıcaklık t "1 (C1> C2 olduğunda ters akış durumuna bakın). Sonuç olarak, aynı başlangıç sıcaklığında, karşı akım akışı ile ısıtılacak ortam, eş akışlı akıştan daha yüksek bir sıcaklığa kadar ısıtılabilir.
Eş zamanlı akışla, ısıtma yüzeyi boyunca sıcaklık yüksekliği, ters akışa göre daha büyük ölçüde değişir. Aynı zamanda, ikinci durumda ortalama değeri daha büyüktür, bunun sonucu olarak aparatın karşı akışlı ısıtma yüzeyi daha küçük olacaktır. Böylece eşit koşullar altında bu durumda daha fazla ısı transfer edilecektir. Bu temelde, karşı akışlı cihazlar tercih edilmelidir.
Doğrudan akış şemasına göre çalışan bir ısı eşanjörünün analitik bir çalışmasının bir sonucu olarak, ısı değişim yüzeyi boyunca sıcaklık başlığının üssel olarak değiştiği bulundu, bu nedenle ortalama sıcaklık yüksekliği aşağıdaki formülle hesaplanabilir:
burada Δtb, sıcak ve soğuk ısı taşıyıcı arasındaki büyük sıcaklık farkıdır (ısı değiştiricinin bir ucundan); Δtm - daha küçük sıcaklık farkı (ısı eşanjörünün diğer ucundan).
İleri akışla, Δtb = t'1 - t'2 ve Δtm = t "1 - t" 2 (Şekil 2.). Bu formül, C1
Formül (4) ile hesaplanan iki ortam arasındaki ortalama sıcaklık farkı, ortalama logaritmik olarak adlandırılır. sıcaklık başlığı. İfadenin şekli, ısıtma yüzeyi boyunca sıcaklık değişiminin doğasından kaynaklanmaktadır (eğrisel bağımlılık). Bağımlılık doğrusal ise, o zaman sıcaklık başlığı aritmetik bir ortalama olarak belirlenmelidir (Şekil 3.). Aritmetik ortalama başlığının değeri Δtа.av her zaman ortalama logaritmik Δtl.av'den daha büyüktür. Bununla birlikte, ısı değiştiricinin uzunluğu boyunca sıcaklık başlığının önemsiz bir şekilde değiştiği, yani Δtb / Δtm <2 koşulunun karşılandığı durumlarda, ortalama sıcaklık farkı aritmetik bir ortalama olarak hesaplanabilir:
Çapraz akışlı ve karışık akımlı cihazlar için sıcaklık farkının ortalaması, hesaplamaların karmaşıklığı ile ayırt edilir, bu nedenle, en yaygın şemaların birçoğu için, çözümlerin sonuçları genellikle grafikler şeklinde verilir. ISP. Literatür: 1) Isı enerjisi mühendisliğinin temelleri, A.M. Litvin, Gosenergoizdat, 1958.2) Teplotekhnika, Bondarev V.A., Protskiy A.E., Grinkevich R.N. Minsk, ed. 2., "Higher school", 1976. 3) Heat Engineering, ed. 2, Genel Editörlüğünde. Sushkina'DA, Moskova "Metalurji", 1973.
Isı transferi türleri
Şimdi ısı transferi türleri hakkında konuşalım - bunlardan sadece üçü var. Radyasyon - ısının radyasyon yoluyla aktarılması. Bir örnek, ılık bir yaz gününde sahilde güneşlenmektir. Ve bu tür ısı eşanjörleri piyasada bile bulunabilir (lamba hava ısıtıcıları). Bununla birlikte, çoğu zaman yaşam alanlarını, bir apartman dairesindeki odaları ısıtmak için, yağlı veya elektrikli radyatörler satın alırız. Bu, başka bir tür ısı transferi örneğidir - konveksiyon. Konveksiyon doğal, zorlamalı (başlık ve kutuda bir reküperatör vardır) veya mekanik olarak indüklenebilir (örneğin bir fan ile) olabilir. İkinci tip çok daha verimlidir.
Bununla birlikte, ısıyı aktarmanın en verimli yolu termal iletkenlik veya aynı zamanda da denildiği gibi iletmedir (İngilizce iletiminden - "iletim"). Bir ısı eşanjörünün termal hesaplamasını yapacak herhangi bir mühendis, öncelikle mümkün olan en küçük boyutlarda verimli ekipman seçmeyi düşünür. Ve bu tam olarak termal iletkenlik nedeniyle elde edilir. Bunun bir örneği, günümüzün en verimli TOA'sıdır - plakalı ısı eşanjörleri. Plate TOA, tanımı gereği, ısıyı bir soğutucudan diğerine ayıran duvar aracılığıyla aktaran bir ısı eşanjörüdür. Doğru seçilmiş malzemeler, plakaların profili ve kalınlıkları ile birlikte iki ortam arasındaki mümkün olan maksimum temas alanı, teknolojik süreçte gerekli olan orijinal teknik özellikleri korurken, seçilen ekipmanın boyutunu en aza indirmenize olanak tanır.
Eşanjör türleri
Eşanjör hesaplanmadan önce tipi ile belirlenir. Tüm TOA'lar iki büyük gruba ayrılabilir: reküperatif ve rejeneratif ısı eşanjörleri. Aralarındaki temel fark şu şekildedir: reküperatif TOA'da, ısı değişimi iki soğutucuyu ayıran bir duvardan gerçekleşir ve rejeneratif TOA'da iki ortam birbiriyle doğrudan temas halindedir, genellikle karıştırılır ve özel ayırıcılarda daha sonra ayrılması gerekir. Rejeneratif ısı eşanjörleri, karıştırma ve ambalajlı ısı eşanjörlerine (sabit, düşen veya ara) ayrılır. Kabaca konuşursak, dona maruz kalan bir kova sıcak su veya soğutmak için buzdolabına konulan bir bardak sıcak çay (asla bunu yapmayın!) Böyle bir karıştırma TOA örneğidir. Ve çayı bir tabağa döküp bu şekilde soğutarak, önce ortam havasıyla temas eden ve sıcaklığını alan bir nozullu rejeneratif ısı eşanjörü (bu örnekteki fincan tabağı bir nozul rolünü oynar) örneğini elde ederiz. ve sonra içine dökülen sıcak çayın ısısının bir kısmını alır ve her iki ortamı da termal dengeye getirmeye çalışır. Bununla birlikte, daha önce de öğrendiğimiz gibi, ısıyı bir ortamdan diğerine aktarmak için ısıl iletkenliği kullanmak daha verimlidir, bu nedenle, günümüzde ısı transferi açısından daha yararlı olan (ve yaygın olarak kullanılan) TOA, elbette, iyileştirici.
Isı miktarının belirlenmesi
Kararlı durum birimleri ve süreçleri için kullanılan ısı transfer denklemi aşağıdaki gibidir:
Q = KFtcp (W)
Bu denklemde:
- K, ısı transfer katsayısının değeridir (W / (m2 / K) olarak ifade edilir);
- tav - farklı ısı taşıyıcıları arasındaki sıcaklık göstergelerindeki ortalama fark (değer hem Santigrat derece (0С) hem de kelvin (K) cinsinden verilebilir);
- F, ısı transferinin gerçekleştiği yüzey alanı değeridir (değer m2 cinsinden verilmiştir).
Denklem, ısının ısı taşıyıcıları arasında (sıcaktan soğuğa) aktarıldığı süreci tanımlamanıza izin verir. Denklem şunları dikkate alır:
- soğutucudan (sıcak) duvara ısı transferi;
- duvar ısıl iletkenlik parametreleri;
- duvardan soğutucuya ısı transferi (soğuk).
Termal ve yapısal hesaplama
Bir reküperatif ısı eşanjörünün herhangi bir hesaplaması, termal, hidrolik ve mukavemet hesaplamalarının sonuçlarına göre yapılabilir. Bunlar temeldir, yeni ekipmanın tasarımında zorunludur ve aynı tip aparat hattının sonraki modelleri için hesaplama yönteminin temelini oluştururlar. TOA'nın termal hesaplamasının ana görevi, ısı eşanjörünün kararlı çalışması için ısı değişim yüzeyinin gerekli alanını belirlemek ve çıkışta ortamın gerekli parametrelerini korumaktır. Çoğu zaman, bu tür hesaplamalarda, mühendislere gelecekteki ekipmanın kütle ve boyut özelliklerinin keyfi değerleri (malzeme, boru çapı, plaka boyutları, kiriş geometrisi, finisaj tipi ve malzemesi, vb.) termal olan, ısı eşanjörünün yapıcı bir hesaplaması genellikle gerçekleştirilir. Aslında, ilk aşamada mühendis belirli bir boru çapı için gerekli yüzey alanını, örneğin 60 mm'yi hesapladıysa ve ısı eşanjörünün uzunluğu yaklaşık altmış metre çıktıysa, o zaman bir geçişi varsaymak daha mantıklıdır. çok geçişli bir ısı eşanjörüne veya bir boru-kovan tipine veya boruların çapını arttırmak için.
Isı eşanjörlerinin hesaplanmasında ısı transfer mekanizmaları
Üç ana ısı transferi türü konveksiyon, ısı iletimi ve radyasyondur.
Isı iletim mekanizmasının esaslarına göre ilerleyen ısı değişim süreçlerinde ısı enerjisi, elastik atomik ve moleküler titreşimlerin enerji transferi şeklinde aktarılır. Bu enerjinin farklı atomlar arasında transferi azalma yönündedir.
Termal enerji transferinin özelliklerinin termal iletkenlik ilkesine göre hesaplanması Fourier yasasına göre yapılır.
Yüzey alanı, ısıl iletkenlik, sıcaklık gradyanı, akış süresi ile ilgili veriler ısı enerjisi miktarını hesaplamak için kullanılır.Sıcaklık gradyanı kavramı, bir veya daha fazla uzunluk birimi ile ısı transferi yönünde sıcaklıktaki değişim olarak tanımlanır.
Termal iletkenlik, ısı değişim işleminin oranıdır, yani. birim zamanda herhangi bir yüzey biriminden geçen termal enerji miktarı.
Bildiğiniz gibi, metaller, ısı değişim işlemlerinin herhangi bir hesaplamasında dikkate alınması gereken diğer malzemelere göre en yüksek termal iletkenlik katsayısı ile karakterize edilir. Sıvılara gelince, kural olarak, katı bir toplanma halindeki gövdelere kıyasla nispeten daha düşük bir termal iletkenlik katsayısına sahiptirler.
Fourier denklemini kullanarak, ısı enerjisinin farklı ortamlar arasında duvar boyunca aktarıldığı ısı eşanjörlerinin hesaplanması için aktarılan termal enerji miktarını hesaplamak mümkündür. Çok küçük bir kalınlıkla karakterize edilen bir düzlemden geçen ısı enerjisi miktarı olarak tanımlanır:
Bazı matematiksel işlemleri yaptıktan sonra aşağıdaki formülü alıyoruz
Duvarın içindeki sıcaklık düşüşünün düz bir çizgi yasasına göre gerçekleştirildiği sonucuna varılabilir.
Hidrolik hesaplama
Isı eşanjöründeki hidrolik (aerodinamik) basınç kayıplarını belirlemek ve optimize etmek ve bunların üstesinden gelmek için gereken enerji maliyetlerini hesaplamak için hidrolik veya hidromekanik ve aerodinamik hesaplamalar yapılır. Soğutucunun geçişi için herhangi bir yolun, kanalın veya borunun hesaplanması, bir kişi için birincil bir görev oluşturur - bu alandaki ısı transfer sürecini yoğunlaştırmak. Yani, bir ortam aktarılmalı ve diğeri, akışının minimum aralığında mümkün olduğunca fazla ısı almalıdır. Bunun için, genellikle geliştirilmiş bir yüzey nervürü biçiminde (sınır laminer alt tabakayı ayırmak ve akış türbülizasyonunu arttırmak için) ek bir ısı değişim yüzeyi kullanılır. Hidrolik kayıpların, ısı değişim yüzey alanının, ağırlık ve boyut özelliklerinin ve kaldırılan ısı gücünün optimum denge oranı, TOA'nın termal, hidrolik ve yapıcı hesaplamalarının bir kombinasyonunun sonucudur.
Doğrulama hesaplaması
Isı eşanjörünün hesaplanması, güç için veya ısı değişim yüzeyinin alanı için bir marj koymak gerektiğinde gerçekleştirilir. Yüzey, çeşitli nedenlerle ve farklı durumlarda ayrılmıştır: Referans şartlarına göre gerekliyse, üretici böyle bir ısı eşanjörünün çalışmaya başlayacağından emin olmak ve hataları en aza indirmek için ek bir marj eklemeye karar verirse hesaplamalarda yapılmıştır. Bazı durumlarda, tasarım boyutlarının sonuçlarını yuvarlamak için fazlalık gerekir, diğerlerinde (buharlaştırıcılar, ekonomizörler), soğutma devresinde bulunan kompresör yağı ile ısı eşanjörünün kirlenme kapasitesinin hesaplanmasına özel olarak bir yüzey marjı eklenir. Ve düşük su kalitesi dikkate alınmalıdır. Isı eşanjörlerinin özellikle yüksek sıcaklıklarda bir süre kesintisiz çalışmasından sonra, aparatın ısı değişim yüzeyinde kireç çökelir, ısı transfer katsayısı azalır ve kaçınılmaz olarak ısının uzaklaştırılmasında parazitik bir azalmaya yol açar. Bu nedenle, yetkin bir mühendis, sudan suya ısı eşanjörünü hesaplarken, ısı değişim yüzeyinin fazladan fazlalığına özellikle dikkat eder. Doğrulama hesaplaması, seçilen ekipmanın diğer ikincil modlarda nasıl çalışacağını görmek için de gerçekleştirilir. Örneğin merkezi klimalarda (hava besleme üniteleri), soğuk mevsimde kullanılan birinci ve ikinci ısıtmanın ısıtıcıları, genellikle yazın hava tüplerine soğuk su vererek gelen havayı soğutmak için kullanılır. ısı eşanjörü.Nasıl çalışacakları ve hangi parametreleri verecekleri doğrulama hesaplamasını değerlendirmenize olanak tanır.
Cihaz ve çalışma prensibi
Modern pazardaki ısı değişim ekipmanı çok çeşitli olarak sunulmaktadır.
Bu hattın mevcut ürün çeşitlerinin tamamı, aşağıdaki gibi iki türe ayrılabilir:
- plaka agregaları;
- kabuk ve tüp cihazlar.
İkinci çeşit, düşük verimlilik oranının yanı sıra büyük boyutundan dolayı bugün piyasada neredeyse satılmamaktadır. Plakalı ısı eşanjörü, sağlam bir metal çerçeveye sabitlenmiş aynı oluklu plakalardan oluşur. Elemanlar birbirine göre ayna görüntüsünde bulunur ve aralarında çelik ve lastik contalar bulunur. Etkili ısı değişim alanı doğrudan plakaların boyutuna ve sayısına bağlıdır.
Plaka cihazları, konfigürasyona bağlı olarak iki alt türe ayrılabilir, örneğin:
- lehimli birimler;
- contalı ısı eşanjörleri.
Katlanabilir cihazlar sert lehimli montaj tipindeki ürünlerden farklıdır, çünkü gerektiğinde cihaz yükseltilebilir ve kişisel ihtiyaçlara göre ayarlanabilir, örneğin belirli sayıda plaka eklenebilir veya çıkarılabilir. Contalı ısı eşanjörleri, ünite elemanları üzerinde içecek ve çeşitli kirletici maddelerin biriktiği özelliklerinden dolayı evsel ihtiyaçlar için sert suyun kullanıldığı alanlarda talep görmektedir. Bu neoplazmalar, cihazın verimini olumsuz yönde etkiler, bu nedenle düzenli olarak temizlenmesi gerekir ve konfigürasyonları sayesinde bu her zaman mümkündür.
Sökülemeyen cihazlar aşağıdaki özelliklerle ayırt edilir:
- yüksek basınç ve sıcaklık dalgalanmalarına karşı yüksek direnç seviyesi;
- uzun servis ömrü;
- hafif.
Sert lehimli tertibatlar, tüm yapıyı sökmeden temizlenir.
Ünitenin tipinin ve kurulum seçeneğinin hesaplanmasına bağlı olarak, ısıtmadan sıcak su için iki tip ısı eşanjörü ayırt edilmelidir.
- Dahili ısı eşanjörleri, ısıtma cihazlarının kendisinde bulunur - fırınlar, kazanlar ve diğerleri. Bu tür bir kurulum, kasayı ısıtmak için ısı kaybı minimum olacağından, ürünlerin çalışması sırasında maksimum verimlilik elde etmenizi sağlar. Kural olarak, bu tür cihazlar, kazanların imalatı aşamasında kazanın içine zaten yerleştirilmiştir. Sadece ısı eşanjörünün gerekli çalışma modunu ayarlamanız gerektiğinden, bu, kurulumu ve devreye almayı büyük ölçüde kolaylaştırır.
- Harici ısı eşanjörleri, ısı kaynağından ayrı olarak bağlanmalıdır. Bu tür cihazlar, cihazın çalışmasının bir uzak ısıtma kaynağına bağlı olduğu durumlarda kullanımla ilgilidir. Merkezi ısıtmalı evler buna bir örnektir. Bu uygulamada, suyu ısıtan ev birimi harici bir cihaz görevi görür.
Bölmelerin yapıldığı malzeme türünü dikkate alarak, aşağıdaki modelleri vurgulamakta fayda var:
- çelik ısı eşanjörleri;
- dökme demirden yapılmış cihazlar.
Ayrıca bakır lehimli sistemler öne çıkmaktadır. Apartman binalarında bölgesel ısıtma için kullanılırlar.
Aşağıdaki özellikler, dökme demir ekipmanın özellikleri olarak düşünülmelidir:
- hammadde oldukça yavaş soğur ve bu da tüm ısıtma sisteminin çalışmasından tasarruf sağlar;
- malzemenin yüksek ısı iletkenliği vardır, tüm dökme demir ürünler, çok hızlı ısındığı ve diğer elementlere ısı verdiği doğal özelliklere sahiptir;
- hammadde, tabanda kireç oluşumuna karşı dayanıklıdır, ayrıca korozyona karşı daha dayanıklıdır;
- ek bölümler kurarak, ünitenin gücünü ve işlevselliğini bir bütün olarak artırabilirsiniz;
- Bu malzemeden ürünler parçalar halinde taşınabilir, parçalara ayrılır, bu da teslimat sürecini ve ayrıca ısı eşanjörünün kurulumunu ve bakımını kolaylaştırır.
Aşağıdakileri öğrenmenizi öneririz: Buhar bariyerini hangi tarafa koyacaksınız a - DOLGOSTROI.PRO
Diğer herhangi bir ürün gibi, böyle bir bağımlı cihaz aşağıdaki dezavantajlara sahiptir:
- Dökme demir, keskin sıcaklık dalgalanmalarına karşı düşük direnciyle dikkat çekicidir, bu tür fenomenler, ısı eşanjörünün performansını olumsuz yönde etkileyecek olan cihazda çatlakların oluşmasıyla dolu olabilir;
- büyük boyutlara sahip olsa bile, dökme demir üniteler çok kırılgandır, bu nedenle, özellikle ürünlerin taşınması sırasında mekanik hasarlar, ona ciddi şekilde zarar verebilir;
- malzeme kuru korozyona eğilimlidir;
- cihazın büyük ağırlığı ve boyutları bazen sistemin geliştirilmesini ve kurulumunu zorlaştırır.
Sıcak su temini için çelik ısı eşanjörleri aşağıdaki avantajlardan dolayı dikkate değerdir:
- yüksek ısı iletkenliği;
- küçük ürün kütlesi. Çelik, sistemi ağırlaştırmaz, bu nedenle görevi geniş bir alana hizmet vermek olan bir ısı eşanjörüne ihtiyaç duyulduğunda bu tür cihazlar en iyi seçenektir;
- çelik üniteler mekanik gerilime dayanıklıdır;
- çelik ısı eşanjörü, yapının içindeki sıcaklık dalgalanmalarına tepki vermez;
- malzeme iyi elastiklik özelliklerine sahiptir, ancak yüksek derecede ısıtılmış veya soğutulmuş bir ortamla uzun süreli temas, kaynak bölgesinde çatlakların oluşmasına neden olabilir.
Cihazların dezavantajları aşağıdaki özellikleri içerir:
- elektrokimyasal korozyona duyarlılık. Bu nedenle, agresif bir ortamla sürekli temas halinde, cihazın çalışma ömrü önemli ölçüde azalacaktır;
- cihazların iş verimliliğini artırma yeteneği yoktur;
- çelik ünite ısıyı çok çabuk kaybeder ve bu da verimli çalışma için artan yakıt tüketimiyle doludur;
- düşük düzeyde bakım kolaylığı. Cihazı kendi ellerinizle tamir etmek neredeyse imkansızdır;
- Çelik ısı eşanjörünün son montajı imal edildiği atölye şartlarında yapılır. Üniteler, teslimatı ile ilgili zorluklar nedeniyle büyük boyutlarda monolitik bloklardır.
Bazı üreticiler çelik ısı eşanjörlerinin kalitesini artırmak için iç duvarlarını dökme demir ile kaplayarak yapının güvenilirliğini artırmaktadır.
Modern ısı eşanjörleri, çalışması farklı ilkelere dayanan ünitelerdir:
- sulama;
- dalgıç;
- lehimli;
- yüzeysel;
- katlanabilir;
- nervürlü katmanlı;
- karıştırma;
- kabuk ve tüp ve diğerleri.
Ancak, sıcak su temini ve ısıtma için plakalı ısı eşanjörleri, diğerlerinden olumlu şekilde farklıdır. Bunlar akışlı ısıtıcılar. Tesisatlar, aralarında iki kanalın oluşturulduğu bir dizi plakadır: sıcak ve soğuk. Çelik ve kauçuk bir conta ile ayrılırlar, böylece ortamın karışması ortadan kalkar.
Plakalar tek blok halinde birleştirilir. Bu faktör, cihazın işlevselliğini belirler. Plakalar aynı boyuttadır, ancak sıvıların taşındığı boşlukların oluşumunun nedeni olan 180 derecelik bir dönüşe yerleştirilmiştir. Bu, soğuk ve sıcak kanalların dönüşümünün nasıl oluştuğudur ve bir ısı değişim süreci oluşur.
Bu tip ekipmanda devridaim yoğun. Sıcak su temini sistemleri için ısı eşanjörünün kullanılacağı koşullar, contaların malzemesine, plaka sayısına, boyutuna ve tipine bağlıdır. Sıcak su hazırlayan tesisatlar iki devre ile donatılmıştır: biri DHW için, diğeri alan ısıtma için. Plaka makineleri güvenli, üretkendir ve aşağıdaki alanlarda kullanılır:
- sıcak su temini, havalandırma ve ısıtma sistemlerinde bir ısı taşıyıcısının hazırlanması;
- gıda ürünlerinin ve endüstriyel yağların soğutulması;
- işletmelerdeki duşlar için sıcak su temini;
- yerden ısıtma sistemlerinde ısı taşıyıcının hazırlanması için;
- gıda, kimya ve ilaç endüstrilerinde bir ısı taşıyıcının hazırlanması için;
- havuz suyu ısıtma ve diğer ısı değişim süreçleri.
Araştırma hesaplamaları
TOA'nın araştırma hesaplamaları, elde edilen termal ve doğrulama hesaplamalarının sonuçlarına göre yapılır. Kural olarak, öngörülen aparatın tasarımında en son değişiklikleri yapmak için gereklidirler. Ayrıca deneysel olarak elde edilen (deneysel verilere göre) uygulanan hesaplama modeli TOA'da belirtilen denklemleri düzeltmek için de gerçekleştirilirler. Araştırma hesaplamalarının yapılması, deney planlamasının matematiksel teorisine göre üretimde geliştirilen ve uygulanan özel bir plana göre onlarca, bazen de yüzlerce hesaplamayı içerir. Sonuçlara göre, çeşitli koşulların ve fiziksel niceliklerin TOA'nın performans göstergeleri üzerindeki etkisi ortaya çıkarılmıştır.
Diğer hesaplamalar
Isı eşanjörünün alanını hesaplarken, malzemelerin direncini unutmayınız. TOA mukavemet hesaplamaları, gelecekteki ısı eşanjörünün parçalarına ve düzeneklerine izin verilen maksimum çalışma momentlerini uygulamak için tasarlanan birimin gerilim, burulma açısından kontrol edilmesini içerir. Minimum boyutlarla ürün dayanıklı, sağlam olmalı ve çeşitli, hatta en stresli çalışma koşullarında bile güvenli çalışmayı garanti etmelidir.
Isı eşanjörünün çeşitli özelliklerini, operasyonunun değişken modlarında belirlemek için dinamik hesaplama yapılır.
Tüp içinde tüp ısı eşanjörleri
Boru içi boru ısı eşanjörünün en basit hesaplamasını ele alalım. Yapısal olarak, bu tür bir TOA olabildiğince basitleştirilmiştir. Kural olarak, kayıpları en aza indirmek için aparatın iç borusuna sıcak bir soğutucu verilir ve mahfazaya veya dış boruya bir soğutucu soğutucu verilir. Bu durumda mühendisin görevi, ısı değişim yüzeyinin hesaplanan alanına ve verilen çaplara dayalı olarak böyle bir ısı eşanjörünün uzunluğunu belirlemeye indirgenmiştir.
Buraya, termodinamikte ideal bir ısı eşanjörü kavramının, yani soğutucuların bir karşı akışta çalıştığı ve aralarında sıcaklık farkının tamamen tetiklendiği sonsuz uzunlukta bir aparatın tanıtıldığı eklenmelidir. Tüp içinde tüp tasarımı bu gereksinimleri karşılamaya en yakın olanıdır. Ve eğer soğutucuları bir karşı akışta çalıştırırsanız, o zaman bu "gerçek karşı akış" olacaktır (ve plaka TOA'da olduğu gibi çapraz akış olmayacaktır). Sıcaklık başlığı, bu tür bir hareket organizasyonuyla en verimli şekilde tetiklenir. Bununla birlikte, bir boru içi boru ısı eşanjörü hesaplanırken gerçekçi olmalı ve lojistik bileşeni ve kurulum kolaylığı unutulmamalıdır. Eurotruck'un uzunluğu 13,5 metredir ve tüm teknik odalar bu uzunluktaki ekipmanın kaymasına ve kurulumuna uyarlanmamıştır.
Isı eşanjörü nasıl hesaplanır
Bobinli ısı eşanjörünün hesaplanması zorunludur, aksi takdirde ısıl gücü odayı ısıtmak için yeterli olmayabilir. Isıtma sistemi, ısı kaybını telafi etmek için tasarlanmıştır. Buna göre, sadece binanın ısı kaybına bağlı olarak gerekli ısı enerjisi miktarını tam olarak bulabiliriz. Hesaplama yapmak oldukça zordur, bu nedenle ortalama olarak 2,7 m tavan yüksekliği ile 1 metrekare başına 100 W alırlar.
Dönüşler arasında boşluk olmalıdır.
Ayrıca hesaplama için aşağıdaki değerler gereklidir:
- Pi;
- mevcut borunun çapı (10 mm alın);
- metalin lambda termal iletkenliği (bakır 401 W / m * K için);
- soğutma sıvısının besleme ve dönüş sıcaklığı deltası (20 derece).
Borunun uzunluğunu belirlemek için, W cinsinden toplam termal gücü yukarıdaki faktörlerin çarpımına bölmeniz gerekir.Gerekli termal gücü 3 kW olan bir bakır ısı eşanjörü örneğini kullanmayı düşünelim - bu 3000 W'tır.
3000 / 3.14 (Pi) * 401 (termal iletkenlik lambda) * 20 (sıcaklık deltası) * 0.01 (metre cinsinden boru çapı)
Bu hesaplamadan bataryanın ısı çıkışının 3 kW olabilmesi için 11.91 m 10 mm çapında bakır boruya ihtiyacınız olduğu ortaya çıkmaktadır.
Kabuk ve borulu ısı eşanjörleri
Bu nedenle, çoğu zaman böyle bir aparatın hesaplanması, bir kabuk ve borulu ısı değiştiricinin hesaplanmasına sorunsuz bir şekilde akar. Bu, ekipmanın amacına bağlı olarak çeşitli soğutucularla yıkanan, tek bir yuvaya (kasa) bir boru demetinin yerleştirildiği bir aparattır. Örneğin, kondansatörlerde, soğutucu akışkan cekete ve su da borulara aktarılır. Bu medya taşıma yöntemi ile, aparatın çalışmasını kontrol etmek daha rahat ve daha etkilidir. Evaporatörlerde ise tam tersine, soğutucu akışkan tüplerde kaynar ve aynı zamanda soğutulmuş sıvı (su, salamura, glikol vb.) İle yıkanır. Bu nedenle, bir kabuk ve borulu ısı eşanjörünün hesaplanması, ekipmanın boyutunu en aza indirecek şekilde azaltılır. Mühendis, kasanın çapı, iç boruların çapı ve sayısı ve aparatın uzunluğu ile oynarken ısı değişim yüzeyinin hesaplanan değerine ulaşır.
Hava ısı eşanjörleri
Günümüzde en yaygın ısı eşanjörlerinden biri kanatlı borulu ısı eşanjörleridir. Ayrıca bobin olarak da adlandırılırlar. Kurulmadıkları her yerde, split sistemlerin iç bloklarındaki fan coil ünitelerinden (İngiliz fan + serpantinden, yani "fan" + "serpantin" den) başlayıp dev baca gazı reküperatörleri (sıcak baca gazı ve CHP'deki kazan tesislerinde ısıtma ihtiyaçları için aktarın. Bu nedenle, serpantinli bir ısı eşanjörünün tasarımı, ısı eşanjörünün devreye gireceği uygulamaya bağlıdır. Etin hızlı dondurma bölmelerine, düşük sıcaklıktaki donduruculara ve diğer gıda soğutma nesnelerine monte edilen endüstriyel hava soğutucular (VOP'lar), performanslarında belirli tasarım özellikleri gerektirir. Levhalar (çubuklar) arasındaki mesafe, defrost döngüleri arasındaki sürekli çalışma süresini artırmak için mümkün olduğu kadar büyük olmalıdır. Aksine, veri merkezleri (veri işleme merkezleri) için buharlaştırıcılar, aralıkları minimumda tutarak olabildiğince kompakt hale getirilir. Bu tür ısı eşanjörleri, ince filtrelerle (HEPA sınıfına kadar) çevrili "temiz bölgelerde" çalışırlar, bu nedenle, borulu ısı değiştiricinin böyle bir hesaplaması, boyutun en aza indirilmesine vurgu yapılarak gerçekleştirilir.
Bobinli ısı değiştirici çeşitleri
Isıtmalı havlu askısı aynı zamanda bir bobinli ısı değiştiricidir.
Kendi elinizle farklı tasarımlardan ve çeşitli metal türlerinden (çelik, bakır, alüminyum, dökme demir) bobin yapabilirsiniz. Alüminyum ve dökme demir ürünler fabrikalarda damgalanır, çünkü bu metallerle çalışmak için gerekli koşullar ancak bir üretim ortamında sağlanabilir. Bu olmadan sadece çelik veya bakır ile çalışmak mümkün olacaktır. Bükülebilir olduğu ve yüksek derecede ısı iletkenliğine sahip olduğu için bakır kullanmak en iyisidir. Bir bobin yapmak için iki şema vardır:
- vida;
- paralel.
Sarmal şema, sarmal dönüşlerin sarmal bir çizgi boyunca konumunu ifade eder. Bu tür ısı eşanjörlerinde soğutucu, tek yönde hareket eder. Gerekirse, ısı çıkışını artırmak için, "boru içinde boru" prensibine göre birkaç spiral birleştirilebilir.
Isı kaybını olabildiğince en aza indirmek için, evin dışını yalıtmak için en iyi yalıtım türünü seçmeniz gerekir. Aynı zamanda duvarların malzemesine de bağlıdır.
Bir ahşap ev için ısı yalıtımının buhar geçirgenliğine göre yalıtım seçimi yapmak gerekir.
Paralel bir devrede, soğutucu sürekli olarak hareket yönünü değiştirir. Böyle bir ısı eşanjörü, 180 derecelik bir dirsekle birbirine bağlanan düz borulardan yapılmıştır.Bazı durumlarda, örneğin bir ısıtma sicilinin üretimi için döner dizler kullanılmayabilir. Bunların yerine, borunun hem bir ucuna hem de her iki ucuna yerleştirilebilen doğrudan bir baypas kurulur.
Isı transfer yöntemleri
Bobinli bir ısı değiştiricinin çalışma prensibi, bir maddeyi diğerinin ısısı pahasına ısıtmaktır. Böylece ısı eşanjöründeki su açık alevle ısıtılabilir. Bu durumda, bir ısı emici görevi görecektir. Ancak bobinin kendisi de bir ısı kaynağı görevi görebilir. Örneğin, bir soğutucu borulardan akarken, bir kazanda veya yerleşik bir elektrikli ısıtma elemanıyla ısıtıldığında ve ısısı, ısıtma sisteminden suya aktarılır. Temel olarak, ısı transferinin nihai amacı iç havayı ısıtmaktır.
Plakalı ısı eşanjörleri
Şu anda, plakalı ısı eşanjörleri istikrarlı bir talep görmektedir. Tasarımlarına göre tamamen katlanabilir ve yarı kaynaklı, bakır ve nikel lehimli, difüzyon yöntemiyle (lehimsiz) kaynak ve lehimlidirler. Bir plakalı ısı eşanjörünün termal tasarımı yeterince esnektir ve bir mühendis için özellikle zor değildir. Seçim sürecinde, plakaların tipi, kanalların delme derinliği, nervür tipi, çeliğin kalınlığı, farklı malzemeler ve en önemlisi - farklı boyutlarda çok sayıda standart boyutlu cihaz modeli ile oynayabilirsiniz. Bu tür ısı eşanjörleri alçak ve geniştir (suyun buharla ısıtılması için) veya yüksek ve dardır (iklimlendirme sistemleri için ısı eşanjörleri). Genellikle faz değişim ortamı için, yani kondansatörler, buharlaştırıcılar, buhar soğutucular, ön kondansatörler vb. Olarak kullanılırlar. İki fazlı bir şemaya göre çalışan bir ısı eşanjörünün termal hesaplamasını yapmak sıvıya göre biraz daha zordur. - sıvıya ısı eşanjörü, ancak deneyimli bir mühendis için bu görev çözülebilir ve özellikle zor değil. Bu tür hesaplamaları kolaylaştırmak için, modern tasarımcılar, herhangi bir taramadaki herhangi bir soğutucunun durumunun şemaları, örneğin CoolPack programı dahil olmak üzere birçok gerekli bilgiyi bulabileceğiniz mühendislik bilgisayar tabanlarını kullanır.
