Жылу алмастырғышты есептеу қазіргі уақытта бес минуттан аспайды. Мұндай жабдықты өндіретін және сататын кез келген ұйым, әдетте, әркімге өзінің таңдау бағдарламасын ұсынады. Оны компанияның веб-сайтынан тегін жүктеп алуға болады немесе олардың техникі кеңсеңізге келіп, оны тегін орнатады. Дегенмен, мұндай есептеулердің нәтижесі қаншалықты дұрыс, оған сенуге бола ма және өндіруші бәсекелестерімен тендерде күрескенде қулық танытпай ма? Электрондық калькуляторды тексеру үшін қазіргі заманғы жылу алмастырғыштарды есептеу әдістемесін білу немесе кем дегенде түсіну қажет. Мәліметтерді түсінуге тырысайық.
Жылуалмастырғыш дегеніміз не
Жылу алмастырғыштың есебін орындамас бұрын, бұл қандай құрылғы екенін еске түсірейік? Жылу және масса алмасу аппараты (мысалы, жылу алмастырғыш, aka жылу алмастырғыш немесе TOA)жылуды бір салқындатқыштан екіншісіне беруге арналған құрылғы. Жылу тасымалдағыштардың температураларының өзгеру процесінде олардың тығыздықтары және сәйкесінше заттардың массалық көрсеткіштері де өзгереді. Сондықтан мұндай процестер жылу және масса алмасу деп аталады.
Жылу беру түрлері
Енді жылу алмасу түрлеріне тоқталайық – олардың үшеуі ғана бар. Радиациялық – сәулелену есебінен жылу алмасу. Мысал ретінде жаздың жылы күнінде жағажайда күнге шомылуды қарастырайық. Және мұндай жылу алмастырғыштарды тіпті нарықта табуға болады (түтік ауа жылытқыштары). Дегенмен, көбінесе тұрғын үй-жайларды, пәтердегі бөлмелерді жылыту үшін біз май немесе электр радиаторларын сатып аламыз. Бұл жылу берудің басқа түрінің мысалы - конвекция. Конвекция табиғи, мәжбүрлі болуы мүмкін (сорғыш және қорапта жылу алмастырғыш бар) немесе механикалық жетекті (мысалы, желдеткішпен). Соңғы түрі әлдеқайда тиімді.
Алайда, жылуды берудің ең тиімді жолы - өткізгіштік, немесе оны басқаша айтқанда, өткізгіштік (ағылшын тілінен. өткізгіштік - «өткізу»). Жылу алмастырғыштың жылулық есебін жүргізетін кез келген инженер, ең алдымен, минималды өлшемдерде тиімді жабдықты қалай таңдау керектігі туралы ойлайды. Бұған жылу өткізгіштіктің арқасында дәл жетуге болады. Бұған мысал ретінде бүгінгі күні ең тиімді TOA - пластиналы жылу алмастырғыштар болып табылады. Пластиналық жылу алмастырғыш, анықтамаға сәйкес, жылуды бір салқындатқыштан екіншісіне оларды бөлетін қабырға арқылы тасымалдайтын жылу алмастырғыш. Максимумдұрыс таңдалған материалдармен, пластина профилімен және қалыңдығымен бірге екі тасушы арасындағы ықтимал жанасу аймағы технологиялық процесте талап етілетін бастапқы техникалық сипаттамаларды сақтай отырып, таңдалған жабдықтың өлшемін азайтуға мүмкіндік береді.
Жылу алмастырғыштардың түрлері
Жылу алмастырғышты есептемес бұрын оның түрімен анықталады. Барлық ТОА екі үлкен топқа бөлуге болады: рекуперативті және регенеративті жылу алмастырғыштар. Олардың арасындағы негізгі айырмашылық келесідей: регенеративті ТОА-да жылу алмасу екі салқындатқышты бөлетін қабырға арқылы жүреді, ал регенеративтілерде екі орта бір-бірімен тікелей байланыста болады, көбінесе араласады және арнайы сепараторларда кейіннен бөлуді қажет етеді. Регенеративті жылуалмастырғыштар араластырғыш және орауыштары бар жылу алмастырғыштар (стационарлық, түсетін немесе аралық) болып бөлінеді. Дөрекі айтқанда, аязға ұшыраған ыстық су шелек немесе бір стақан ыстық шай, тоңазытқышта салқындату үшін орнатылған (ешқашан мұны істемеңіз!) - бұл осындай араластыру TOA мысалы. Ал шәйді тәрелкеге құйып, оны осылай салқындату арқылы біз саптамасы бар регенеративті жылу алмастырғыштың мысалын аламыз (бұл мысалдағы табақша саптама рөлін атқарады), ол алдымен қоршаған ауамен байланысып, оның температурасын өлшейді, содан кейін оған құйылған ыстық шайдан жылудың бір бөлігін алып, екі ортаны да жылулық тепе-теңдікке келтіруге тырысады. Алайда, біз бұрын анықтағанымыздай, жылуды бір ортадан екіншісіне беру үшін жылу өткізгіштігін пайдалану тиімдірек, сондықтанБүгінгі күннің жылу беруі неғұрлым пайдалы (және кеңінен қолданылатын) TOA, әрине, регенеративті болып табылады.
Термо және құрылымдық дизайн
Рекуперативті жылуалмастырғыштың кез келген есебін термиялық, гидравликалық және беріктік есептеулерінің нәтижелері негізінде жүргізуге болады. Олар жаңа жабдықты жобалау кезінде іргелі, міндетті болып табылады және ұқсас құрылғылар желісінің кейінгі үлгілерін есептеу әдістемесінің негізін құрайды. ТОА-ның жылулық есебінің негізгі міндеті - жылу алмастырғыштың тұрақты жұмыс істеуі үшін жылу алмасу бетінің қажетті ауданын анықтау және шығыстағы тасымалдағыштың қажетті параметрлерін сақтау. Көбінесе мұндай есептеулерде инженерлерге болашақ жабдықтың салмақтық және өлшемдік сипаттамаларының ерікті мәндері (материал, құбыр диаметрі, пластинаның өлшемдері, байлам геометриясы, қанаттар түрі мен материалы және т.б.) беріледі, сондықтан кейін жылулық есептеу, олар әдетте жылу алмастырғыштың конструктивті есебін жүргізеді. Ақыр соңында, егер бірінші кезеңде инженер берілген құбыр диаметрі үшін қажетті бетінің ауданын есептесе, мысалы, 60 мм, ал жылу алмастырғыштың ұзындығы шамамен алпыс метр болса, онда өтуді болжау қисынды болар еді. көп өтпелі жылу алмастырғышқа немесе құбырлы түрге немесе құбырлардың диаметрін ұлғайту үшін.
Гидравликалық есептеу
Гидравликалық немесе гидромеханикалық, сондай-ақ аэродинамикалық есептеулер гидравликалық анықтау және оңтайландыру мақсатында жүргізіледі.(аэродинамикалық) жылу алмастырғыштағы қысымның жоғалуы, сондай-ақ оларды еңсеру үшін энергия шығындарын есептеу. Салқындатқыш сұйықтықтың өтуіне арналған кез келген жолды, арнаны немесе құбырды есептеу адам үшін негізгі міндет - осы аймақта жылу беру процесін күшейту. Яғни, бір орта беруі керек, ал екіншісі оның ағынының минималды кезеңінде мүмкіндігінше көп жылу алады. Бұл үшін қосымша жылу алмастырғыш беті жиі пайдаланылады, дамыған беткейлік лента түрінде (шекаралық ламинарлы ішкі қабатты бөлу және ағынның турбуленттігін арттыру үшін). Гидравликалық ысыраптардың, жылу алмасу бетінің ауданы, салмақ пен өлшем сипаттамаларының және алынған жылу қуатының оңтайлы тепе-теңдік қатынасы TOA жылулық, гидравликалық және құрылымдық есептеулердің үйлесімі нәтижесі болып табылады.
Есептеуді тексеру
Жылу алмастырғыштың тексеру есебі қуат бойынша немесе жылу алмасу бетінің ауданы бойынша маржа қою қажет болған жағдайда жүзеге асырылады. Беткі қабат әртүрлі себептермен және әртүрлі жағдайларда сақталады: егер техникалық тапсырмада талап етілсе, өндіруші мұндай жылу алмастырғыштың режимге жететініне сенімді болу үшін қосымша маржа жасауға шешім қабылдаса және қателерді азайтады. есептеулер. Кейбір жағдайларда конструктивті өлшемдердің нәтижелерін дөңгелектеу үшін резервтеу қажет, ал басқаларында (буландырғыштар, экономайзерлер) тоңазытқыш тізбегіндегі компрессор майымен ластану үшін жылу алмастырғыш қуатын есептеуге арнайы беттік маржа енгізіледі.. Және су сапасы нашарескеру қажет. Біраз уақыттан кейін жылу алмастырғыштар үздіксіз жұмыс істегеннен кейін, әсіресе жоғары температурада, қақ аппараттың жылу алмасу бетіне шөгіп, жылу беру коэффициентін төмендетеді және сөзсіз жылуды кетірудің паразиттік төмендеуіне әкеледі. Сондықтан құзыретті инженер судан суға жылу алмастырғышты есептеу кезінде жылу алмасу бетінің қосымша артықтығына ерекше назар аударады. Таңдалған жабдықтың басқа, қосымша режимдерде қалай жұмыс істейтінін көру үшін тексеру есебі де жүргізіледі. Мысалы, орталық кондиционерлерде (жабдықтау қондырғыларында) суық мезгілде қолданылатын бірінші және екінші жылыту жылытқыштары жиі жазда ауа жылу алмастырғыш түтіктеріне салқын су беріп, түсетін ауаны салқындату үшін қолданылады. Олардың қалай жұмыс істейтіні және қандай параметрлер беретіні тексеру есебін бағалауға мүмкіндік береді.
Зерттеулік есептеулер
ТОА-ның ғылыми-зерттеу есептеулері термиялық және тексеру есептеулерінің алынған нәтижелерінің негізінде жүргізіледі. Олар, әдетте, жобаланған аппараттың дизайнына соңғы түзетулер енгізу үшін қажет. Олар сонымен қатар эмпирикалық жолмен алынған (тәжірибелік мәліметтер бойынша) ТОА-ның іске асырылған есептеу моделіне енгізілген кез келген теңдеулерді түзету мақсатында жүргізіледі. Ғылыми-зерттеу есептерін орындау арнайы жоспар бойынша әзірленген және өндіріске енгізілген ондаған, кейде жүздеген есептеулерді қамтиды.эксперименттерді жоспарлаудың математикалық теориясы. Нәтижелердің негізінде ТОА тиімділік көрсеткіштеріне әртүрлі жағдайлар мен физикалық шамалардың әсері анықталды.
Басқа есептеулер
Жылуалмастырғыштың ауданын есептегенде, материалдардың кедергісі туралы ұмытпаңыз. TOA беріктігінің есептеулері жобаланған қондырғыны кернеуге, бұралуға, болашақ жылу алмастырғыштың бөлшектері мен тораптарына максималды рұқсат етілген жұмыс моменттерін қолдану үшін тексеруді қамтиды. Ең аз өлшемдермен өнім күшті, тұрақты болуы және әртүрлі, тіпті ең қиын жұмыс жағдайларында қауіпсіз жұмыс істеуге кепілдік беруі керек.
Динамикалық есептеу айнымалы жұмыс режимдеріндегі жылу алмастырғыштың әртүрлі сипаттамаларын анықтау мақсатында жүргізіледі.
Жылу алмастырғыш конструкция түрлері
Recuperative TOA дизайны бойынша жеткілікті үлкен топтарға бөлуге болады. Ең танымал және кеңінен қолданылатыны пластиналы жылу алмастырғыштар, ауа (құбырлы қанатты), қабықшалы, құбырлы құбырлы жылу алмастырғыштар, қабықшалы және т.б. Сондай-ақ, тұтқыр немесе Ньютондық емес сұйықтықтармен жұмыс істейтін спиральды (катушкалар) немесе қырылған түрі сияқты экзотикалық және жоғары мамандандырылған түрлері, сондай-ақ басқа да көптеген түрлері бар.
Құбыр ішіндегі жылу алмастырғыштар
«Құбырдағы құбыр» жылу алмастырғышының ең қарапайым есебін қарастырайық. Құрылымдық тұрғыдан алғанда, TOA бұл түрі барынша жеңілдетілген. Әдетте, олар аппараттың ішкі түтігіне түседіыстық салқындатқыш, жоғалтуларды азайту үшін және салқындатқыш салқындатқыш корпусқа немесе сыртқы құбырға жіберіледі. Бұл жағдайда инженердің міндеті жылу алмастырғыш бетінің есептелген ауданына және берілген диаметрлерге негізделген осындай жылу алмастырғыштың ұзындығын анықтауға арналған.
Осы жерде айта кететін жайт, термодинамикаға идеалды жылуалмастырғыш ұғымы енгізілген, яғни жылу тасымалдағыштар қарсы токта жұмыс істейтін шексіз ұзындықтағы аппарат және олардың арасындағы температура айырмашылығы толығымен өңделген.. Құбырдағы құбырдың дизайны осы талаптарды қанағаттандыруға ең жақын. Егер сіз салқындатқышты қарсы ағынмен іске қоссаңыз, онда ол «нақты қарсы ағын» деп аталатын болады (және TOA пластиналарындағыдай айқаспайды). Температура басы қозғалысты осындай ұйымдастырумен ең тиімді түрде өңделеді. Дегенмен, «құбырдағы құбыр» жылу алмастырғышын есептеу кезінде шынайы болуы керек және логистикалық компонентті, сондай-ақ орнатудың қарапайымдылығын ұмытпау керек. Eurotruck ұзындығы 13,5 метрді құрайды және барлық техникалық үй-жайлар сырғанауға және мұндай ұзындықтағы жабдықты орнатуға бейімделмеген.
Қабық пен құбырлы жылу алмастырғыштар
Сондықтан мұндай құрылғыны есептеу көбінесе құбырлы жылу алмастырғыштың есебіне біркелкі өтеді. Бұл жабдықтың мақсатына байланысты әртүрлі салқындатқыштармен жуылатын бір корпуста (қаптамада) құбырлар шоғыры орналасқан аппарат. Мысалы, конденсаторларда хладагент қабықшаға, ал су құбырларға құйылады. Медиа қозғалысының бұл әдісімен басқару ыңғайлырақ және тиімдірекаппараттың жұмысы. Буландырғыштарда, керісінше, салқындатылған сұйықтықпен (су, тұзды ерітінділер, гликольдер және т.б.) жуылған кезде хладагент құбырларда қайнайды. Сондықтан құбырлы жылу алмастырғышты есептеу жабдықтың өлшемдерін азайтуға дейін азаяды. Қабық диаметрімен, ішкі құбырлардың диаметрімен және санымен және аппараттың ұзындығымен ойнай отырып, инженер жылу алмасу бетінің ауданының есептелген мәніне жетеді.
Ауа жылуалмастырғыштары
Қазіргі кезде кең тараған жылуалмастырғыштардың бірі құбырлы қанатты жылу алмастырғыштар болып табылады. Оларды жыландар деп те атайды. Олар тек қана орнатылмаған жерде, желдеткіш қондырғыларынан (ағылшынша желдеткіш + катушкасынан, яғни «желдеткіш» + «катушка») сплит жүйелердің ішкі блоктарындағы және алып түтіндік рекуператорлармен аяқталатын (ыстық түтін газынан жылу алу) және жылу беру қажеттіліктеріне арналған беру) ЖЭО қазандық қондырғыларында. Сондықтан катушкалардағы жылу алмастырғышты есептеу осы жылу алмастырғыш іске қосылатын қолданбаға байланысты. Етті мұздату камераларында, төмен температуралы мұздатқыштарда және басқа да тағамдық тоңазытқыштарда орнатылған өнеркәсіптік ауа салқындатқыштары (ХОП) олардың конструкциясында белгілі бір конструктивтік ерекшеліктерді талап етеді. Жібіту циклдері арасындағы үздіксіз жұмыс уақытын ұлғайту үшін пластиналар (қанаттар) арасындағы қашықтық барынша үлкен болуы керек. Деректер орталықтарына (деректерді өңдеу орталықтары) арналған буландырғыштар, керісінше, пластинкааралық қысқыштарды қысу арқылы мүмкіндігінше ықшам жасалған.ең аз қашықтық. Мұндай жылу алмастырғыштар жұқа сүзгілермен қоршалған (HEPA класына дейін) «таза аймақтарда» жұмыс істейді, сондықтан құбырлы жылу алмастырғышты мұндай есептеу өлшемдерді азайтуға баса назар аудара отырып жүзеге асырылады.
Пластиналық жылу алмастырғыштар
Қазіргі уақытта пластиналы жылу алмастырғыштар тұрақты сұранысқа ие. Олардың конструкциясы бойынша олар толығымен жиналмалы және жартылай дәнекерленген, мыс және никельмен дәнекерленген, диффузиялық (дәнекерсіз) дәнекерленген және дәнекерленген. Пластиналық жылу алмастырғыштың жылулық есебі өте икемді және инженер үшін ерекше қиындық тудырмайды. Таңдау процесінде сіз плиталардың түрімен, соғу арналарының тереңдігімен, қанаттар түрімен, болаттың қалыңдығымен, әртүрлі материалдармен, ең бастысы, әртүрлі өлшемдегі құрылғылардың көптеген стандартты өлшемдерімен ойнай аласыз. Мұндай жылу алмастырғыштар төмен және кең (суды бумен жылыту үшін) немесе жоғары және тар (ауаны кондиционерлеу жүйелеріне арналған жылу алмастырғыштар). Олар сондай-ақ жиі фазаны ауыстыратын орталар үшін пайдаланылады, яғни конденсаторлар, буландырғыштар, қатты қыздырғыштар, алдын ала конденсаторлар және т.б.. Екі фазалы жылу алмастырғыштың жылулық есебі сұйық-сұйық жылу алмастырғышқа қарағанда біршама күрделірек, алайда тәжірибелі инженер үшін, бұл тапсырма шешілетін және ешқандай ерекше қиындық тудырмайды. Мұндай есептеулерді жеңілдету үшін заманауи дизайнерлер инженерлік компьютерлік деректер қорын пайдаланады, онда сіз көптеген қажетті ақпаратты, соның ішінде кез келген сыпырудағы кез келген хладагенттің күй диаграммаларын, мысалы, бағдарламаны таба аласыз. CoolPack.
Жылу алмастырғышты есептеу мысалы
Есептеудің негізгі мақсаты - жылу алмасу бетінің қажетті ауданын есептеу. Жылулық (тоңазытқыш) қуат әдетте техникалық тапсырмада көрсетіледі, дегенмен, біздің мысалда біз оны есептейміз, былайша айтқанда, техникалық тапсырманың өзін тексеру үшін. Кейде қате бастапқы деректерге енуі мүмкін. Құзыретті инженердің міндеттерінің бірі - бұл қатені табу және түзету. Мысал ретінде «сұйық-сұйық» типті пластиналы жылу алмастырғышты есептейік. Бұл биік ғимаратта қысым сөндіргіш болсын. Жабдықты қысыммен түсіру үшін бұл тәсіл зәулім ғимараттардың құрылысында жиі қолданылады. Жылу алмастырғыштың бір жағында бізде кіріс температурасы Tin1=14 ᵒС және шығыс температурасы Tout1=9 ᵒС, ал шығыны G1=14,500 кг / сағ, ал екінші жағында - су да бар, бірақ тек қана. келесі параметрлермен: Тin2=8 ᵒС, Tout2=12 ᵒС, G2=18 125 кг/сағ.
Қажетті қуатты (Q0) жылу балансының формуласы арқылы есептейміз (жоғарыдағы суретті, 7.1 формуланы қараңыз), мұндағы Ср – меншікті жылу сыйымдылығы (кестелік мән). Есептеудің қарапайымдылығы үшін жылу сыйымдылығының азайтылған мәнін аламыз Срв=4,187 [кДж/кгᵒС]. Санау:
Q1=14,500(14 - 9)4, 187=303557. 5 [кДж/сағ]=84321, 53 Вт=84. 3 кВт - бірінші жағында және
Q2=18 125(12 - 8)4, 187=303557. 5 [кДж/сағ]=84321, 53 Вт=84. 3 кВт - екінші жағында.
(7.1) формуласына сәйкес Q0=Q1=Q2,есеп қай жағынан жасалды.
Одан әрі негізгі жылу беру теңдеуін (7.2) пайдалана отырып, қажетті бет ауданын (7.2.1) табамыз, мұндағы k – жылу беру коэффициенті (6350 [Вт/м алынған 2]) және ΔТav.log. - (7.3) формуласы бойынша есептелген орташа логарифмдік температура айырмашылығы:
ΔT орташа журнал.=(2 - 1) / ln (2/1)=1 / ln2=1 / 0, 6931=1, 4428;
F содан кейін=84321 / 63501, 4428=9,2 м2.
Жылу беру коэффициенті белгісіз болған кезде пластиналы жылу алмастырғышты есептеу біршама күрделірек. (7.4) формулаға сәйкес Рейнольдс критерийін есептейміз, мұндағы ρ – тығыздық, [кг/м3], η – динамикалық тұтқырлық, [Ns/m 2], v – арнадағы ортаның жылдамдығы, [м/с], d см – арнаның суланған диаметрі [m].
Кестеге сәйкес, бізге қажет Прандтл критерийінің [Pr] мәнін іздейміз және (7.5) формуласын қолданып, Нуссельт критерийін аламыз, мұнда n=0,4 - сұйық қыздыру жағдайында және n=0,3 - сұйық салқындату жағдайында.
Содан кейін (7.6) формуланы қолданып, әрбір салқындатқыштан қабырғаға жылу беру коэффициентін есептейміз, ал (7.7) формуланы қолданып, (7.2.1) формулаға ауыстыратын жылу беру коэффициентін есептейміз. жылу алмасу бетінің ауданын есептеу үшін.
Көрсетілген формулаларда λ - жылу өткізгіштік коэффициенті, ϭ - арна қабырғасының қалыңдығы, α1 және α2 - жылу тасымалдағыштардың әрқайсысынан қабырғаға жылу беру коэффициенттері.
