Расчет мощности теплообменника: Как рассчитать мощность пластинчатого теплообменника?

Тепловой расчет теплообменника, расчет пластинчатых теплообменников: примеры

Теплообменные аппараты, несмотря на разнообразие конструкций, объединены общим назначением: устройства передают тепло между средами разных температур. Учитывая разновидности рабочей среды и объем ее потока, выбирают теплообменники нужной формы, габаритов и производительности. Основной акцент делается на площадь поверхности. Определить требуемую величину поможет расчет поверхности теплообменника пластинчатого в процессе его производства и эксплуатации.

Расчеты носят конструкторский (проектный) и проверочный характер. В результате конструкторских подсчетов определяют площадь теплообменной поверхности, требуемую для конкретных тепловых потоков. Проверочный расчет пластинчатых теплообменных аппаратов нужен для определения конечных показателей температур рабочей среды для конкретной площади теплообмена. Проектные расчеты находятся в ведении производителей, проверочные — служат для выбора правильного устройства в заданных условиях эксплуатациях. Расчеты взаимообратные (идентичные).

Требуемые данные

Чтобы выполнить расчет теплообменного аппарата, необходимо представить следующие данные:

• входная и выходная температура на обоих контурах. Чем больше разница между ними, тем меньше габариты и цена подходящего теплообменника;
• максимальный уровень давления и температуры рабочей среды. Чем ниже параметры, тем дешевле агрегат;
• показатель массового расхода теплоносителя в обоих контурах. Определяет пропускную способность агрегатов. Чаще указывается расход воды. Если перемножить цифры пропускной способности и плотности, получиться суммарный массовый расход;
• тепловая мощность (нагрузка). Определяет количество тепла, которое отдает агрегат. Расчет тепловой нагрузки теплообменника выполняется по формуле P=m×cp×δt, где m означает расход среды, cp — удельную теплоемкость, а δt — разницу температур на входе и выходе контура.

Чтобы выполнить расчет теплопередачи теплообменника, понадобится учитывать дополнительные характеристики. Вид рабочей среды и показатель ее вязкости определяют материал теплообменника. Понадобятся данные о среднем температурном напоре (высчитывается по формуле) и об уровне загрязненности рабочей среды. Последний параметр учитывают редко, поскольку он требуется только в исключительных случаях.

Расчет мощности теплообменника требует наличия точных сведений об указанных выше параметрах. Информацию можно получить из ТУ или договора от теплоснабжающей организации, а также ТЗ инженера.

Проверка правильности полученного результата

Чтобы выполнить правильный расчет, необходимо учитывать много факторов. Проверить правильность подсчетов можно путем сравнения полученных данных с нормативами, имеющимися условиями и потребностями. Расчет площади теплообменника учитывает:

• в каких условиях планируется эксплуатировать оборудование;
• массу, габариты, объем внутреннего пространства;
• конструктивные особенности (материал изготовления, число и компоновка пластин, тип соединений, габариты рамы, расчетное давление, производительность теплообменника и пр. ).

Все перечисленные параметры должны соответствовать условиям предстоящей эксплуатации. Особое внимание уделяется выбору подходящих материалов. Для работы с агрессивной средой недопустимо использование пластин из нержавейки, для простой среды нецелесообразно выбирать пластины из титана. Таблица соответствия материалов и определенной среды поможет разобраться в нюансах.

Специальные формулы

Расчет основывается на уравнении теплопередачи Q = F×k×Δt, где Q означает объем теплового потока (Вт), F — площадь поверхности в м2, k — коэффициент передаваемого тепла, а Δt — разность в показателях температур теплоносителей на входе и выходе из агрегата.

Чтобы вычислить площадь поверхности, используют формулу F=Q/k×Δt. Формула теплопередачи учитывает конструктивные особенности агрегата. Рассмотрев их, можно выделить значения t1 и t2, чтобы рассчитать F. Для вычислений используется формула Q=G₁c_p1(t₁^вх–t₁^вых)=G₂c_p2(t₂^вых–t₂^вх), где G₁и G₂ обозначают расход массы греющего и нагреваемого теплоносителя, cp1 и c_p2 — удельную теплоемкость по нормативам. Обмениваясь энергией, теплоносители меняют температуру, поэтому t₁^вх и t₁^вых, t₂^вх и t₂^вых выводятся в проверочном расчете для сравнения с фактическими температурными показателями. Важно учесть коэффициент теплоотдачи среды и конструктивные особенности теплообменного оборудования. Детальный конструкторский расчет предполагает составление схемы теплообменных агрегатов, включая схему движения теплоносителя.

Стандартные размеры элементов и коэффициенты теплоотдачи учитывают в ГОСТах. Чтобы не ошибиться, можно ознакомиться с примерами расчетов для разных типов теплового оборудования. Простые подсчеты выполняются на онлайн-калькуляторе, куда вносятся соответствующие параметры. Для сложных систем понадобятся опыт и знания, а также потребуется соответствующее программное обеспечение. Избежать ошибок можно, если доверить проведение расчетов специалистам.

Зачем нужны точные подсчеты

Необходимость в расчетах теплообменного оборудования и целесообразность его проведения можно оценить на практических примерах. К примеру, производитель получает заказ на производство теплового аппарата конкретной производительности и с заданной площадью поверхности теплообмена. Конструкторы на заводе избавлены от подсчета размеров агрегата, но должны подобрать материал, который выдаст заданную производительность на указанной рабочей площади. Инженеры проводят тепловой расчет и на основе результатов выбирают материал, разрабатывают решения для изготовления конструкции, сервиса, ремонта и контроля над работой теплообменников.

Больше информации можно получить, связавшись с нашими специалистами.

Оставить заявку

Ваше имя
Телефон

Подбор и расчет пластинчатого теплообменника в Перми

Специалисты компании «Тепловые Системы» помогут выполнить расчет теплообменника и помогут выполнить подбор теплообменников онлайн или по запросу для систем отопления, теплоснабжения, горячего водоснабжения, вентиляции и других целей.

Наши специалисты помогут подобрать теплообменник с нужными параметрами по оптимальной цене!

Подбор теплообменника от компании «Тепловые Системы»

Расчет и подбор теплообменников всегда производится индивидуально под конкретные задачи покупателя. Мы можем подобрать теплообменник по маркировке, паспорту, вашему предварительному расчету, по заполненному опросному листу, либо выполнить профессиональный расчет теплообменного аппарата типа наших инженеров. Мы предлагаем:

• Точный и профессиональный расчет пластинчатого теплообменника для предприятия или многоквартирного дома.
• Поможем подобрать и рассчитать теплообменник вашим специалистам.
• Дадим консультацию по заполнению опросного листа для подбора пластинчатого теплообменника.
• Обеспечим конкурентные цены и бесплатную доставку в Пермь и в другие города России.

После расчета теплообменника мы направим вам на согласование теплотехнический расчет, чертеж аппарата с указаниями размеров и характеристик, стоимость и сроки поставки оборудования.

Карточка подобранного теплообменника

Рассчитанные теплообменники на объекте заказчика

Подбор теплообменника по схеме

Расчет теплообменника

Расчет теплообменника, или тепловой расчет теплообменного аппарата, позволяет определить величины ряда характеристик. Так, мы получаем данные от расходе теплоносителя, тепловой нагрузке, разнице температур.

Формула определения площади поверхности теплообмена:

F = Q/ k‧Δt, где

• F – площадь рабочей поверхности, м2
• Q — размер теплового потока, Вт
• k — коэффициент теплопередачи
• Δt — разница температур теплоносителя на входе и выходе

Чтобы найти размер теплового потока, нужно сравнить расходы греющей и нагреваемой среды.

Q = G1 ‧ cp1 ‧ (t1_вх — t1_вых) = G2 ‧ cp2 ‧ (t2_вых-t2_вх), где:

• G1 — расход греющей среды, кг/ч
• G2 — расход нагреваемой среды, кг/ч
• cp1 — удельная теплоемкость греющей среды, кДж/кг‧ ºС
• cp1 — удельная теплоемкость нагреваемой среды, кДж/кг‧ ºС
• t1_вх, t2_вх — температуры на входе греющей, нагреваемой среды, ºС
• t1_вых, t2_вых — температуры на выходе греющей, нагреваемой среды, ºС

Данные двух сравниваемых сред при подборе теплообменника должны быть заранее известны. Помимо величины расхода и температуры на входе и выходе, важны и физико-химические свойства потока, но это задачи для решения специалистов с более точным подходом к подбору теплообменников.

Отметим также, что в уравнении большую роль играют коэффициенты теплоотдачи несущих сред и конструкция агрегата. По этой причине расчет теплообменника обычно намного сложнее, чем подсчет параметров по формуле.

Расчет теплообменника через разницу температур и нахождение коэффициента теплопередачи

Мощность теплообмена  зависит от разницы температур, площади теплообмена и иных факторов. Если мы рассмотрим разницу температур, то увидим, что считать разницу как постоянную величину на всей площади теплообмена неверно. Разница температур нагреваемого и нагревателя меняется в процессе обмена тепловой энергией. Чтобы рассчитать теплообменник правильно, нужно применять среднестатистическое значение. Находится оно через среднелогарифмическое.

∆tср = (∆tб — ∆tм) / ln (∆tб/∆tм), где:

• ∆tб — большая разница температур между средами
• ∆tм — меньшая разница температур между средами

Если направление сред смешанное или перекрестное, в формулу определения средней температуры необходимо добавить поправочный коэффициент.

Коэффициент теплопередачи находится так:

1/k = 1/a1 + δ/λ+ 1/a2 + R, где:

• k — коэффициент теплопередачи
• a1 и а2 — коэффициенты теплоотдачи стенок внутренней и внешней, Вт/м2·град;
• δ — толщина стенки, мм. Если мы говорим о расчете теплообменника, речь идет о толщине пластин;
• λ — коэффициент теплопроводности пластин, Вт/м·град
• R — коэффициент загрязнения

Как рассчитывают теплообменники в «Тепловых Системах»

1. После заявки на расчет теплообменника, мы выясняем какие данные заказчик нам может предоставить.
2. Каждый заказчик получает закрепленного за ним специалиста по теплообменному оборудованию. Он ведет техническую часть и может обращаться за уточнениями к заказчику, а заказчик, в свою очередь, может задавать любые технические вопросы своему специалисту.
3. Инженера по подбору теплообменника интересуют следующие параметры: мощность теплообменника (кВт) или тепловая нагрузка (Гкал/ч), рабочие среды (вода-вода, пар-вода, масло-вода и т. п.), процесс теплообмена (нагрев или охлаждение), температуры рабочей среды на входе и на выходе из теплообменника. В случае отсутствия каких-либо из необходимых параметров у заказчика наш специалист поможет выяснить их.
4. Для расчета теплообменников онлайн мы используем специальное программное обеспечение собственной разработки, которое позволяет подобрать подходящие модели теплообменных аппаратов по предоставленным параметрам работы оборудования.

На что стоит обратить особое внимание

В первую очередь уделите внимание расчетным параметрам, на основании которых будет подбираться теплообменное оборудование.

При сравнении расчетов оборудования от разных производителей или поставщиков, обратите внимание площадь поверхности теплообмена, процентный запас поверхности теплообмена и потери давления – этими параметрами манипулируют в первую очередь, чтобы снизить цену на предлагаемое оборудование.

Обратите внимание на материал и толщину пластин теплообменника. Слишком тонкие пластины (менее 0,5 мм) существенно уменьшат цену оборудования и одновременно снизят эксплуатационные свойства теплообменника.

Не ставьте на первое место стоимость теплообменника при выборе поставщика, обращайте внимание на организации, которые имеют многолетний опыт работы с теплообменным оборудованием и достаточный запас комплектующих и расходных материалов на складе. В дальнейшем это поможет оперативно закупить ЗИП для вашего теплообменного аппарата.

Компании, специализирующиеся на продаже теплообменного оборудования и имеющие дилерские соглашения с несколькими производителями могут предложить выгодные аналоги, не уступающие по характеристикам именитым брендам и позволят значительно сэкономить ваш бюджет, сроки поставки или «вписаться в смету» за счёт грамотного переподбора оборудования.

Сроки расчета теплообменного оборудования

Как правило, стандартный расчет теплообменника занимает до 30 минут. Нестандартные решения, такие как агрессивные среды, сложные техпроцессы или большая мощность теплообменника могут потребовать больше времени для расчёта, и наши специалисты готовы выполнить сложные технические расчёты в течение одного рабочего дня.

Расчёт и подбор теплообменника

Скачать опросный лист

РасчётПодбор теплообменника

Расчет теплообменника

Рассмотрим параллельный теплообменник , используемый для охлаждения масла с 70°C до 40°C с использованием воды, имеющейся при температуре 30°C. Температура воды на выходе 36°С, расход нефти 1 кг/с. Удельная теплоемкость масла 2,2 кДж/кг К. Общий коэффициент теплопередачи U = 200 Вт/м ² К .

Вычислите логарифмическую среднюю разность температур . Определите площадь этого теплообменника, необходимую для данной производительности.

1. LMTD

Среднелогарифмическую разность температур можно рассчитать, просто используя ее определение:

2. Площадь теплообменника площадь этого теплообменника, мы должны рассчитать тепловой поток скорость с использованием массового расхода нефти и LMTD.

   Требуемая площадь этого теплообменника может быть рассчитана непосредственно с использованием общего уравнения теплопередачи:

    

   Пример. Проблема с решением. Расчет теплообменника

    

   Ссылки:

   Теплопередача:
   1. Основы тепломассообмена, 7-е издание. Теодор Л. Бергман, Эдриенн С. Лавин, Фрэнк П. Инкропера. John Wiley & Sons, Incorporated, 2011. ISBN: 9781118137253.
   2. Тепло- и массообмен. Юнус А. Ценгель. McGraw-Hill Education, 2011. ISBN: 9780071077866.
   3. Министерство энергетики США, термодинамика, теплопередача и поток жидкости. Справочник по основам Министерства энергетики, том 2 из 3. Май 2016 г.

   Ядерная и реакторная физика:

   1. Дж. Р. Ламарш, Введение в теорию ядерных реакторов, 2-е изд., Аддисон-Уэсли, Рединг, Массачусетс (1983).
   2. Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную технику, 3-е изд., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
   3. WM Стейси, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
   4. Гласстоун, Сезонске. Разработка ядерных реакторов: разработка реакторных систем, Springer; 4-е издание, 1994 г. , ISBN: 978-0412985317
   5. WSC. Уильямс. Ядерная физика и физика элементарных частиц. Кларендон Пресс; 1 издание, 1991 г., ISBN: 978-0198520467
   6. Г. Р. Кипин. Физика ядерной кинетики. Паб Эддисон-Уэсли. Ко; 1-е издание, 1965 г.
   7. Роберт Рид Берн, Введение в работу ядерных реакторов, 1988 г.
   8. Министерство энергетики, ядерной физики и теории реакторов США. Справочник по основам Министерства энергетики, том 1 и 2. 19 января.93.
   9. Пол Ройсс, Нейтронная физика. EDP ​​Sciences, 2008. ISBN: 978-2759800414.

   Advanced Reactor Physics:

   1. К. О. Отт, В. А. Безелла, Введение в статистику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, исправленное издание (1989 г.), 1989 г., ISBN: 0-894-48033 -2.
   2. К. О. Отт, Р. Дж. Нойхольд, Введение в динамику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1985, ISBN: 0-894-48029-4.
   3. Д. Л. Хетрик, Динамика ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48453-2.
   4. Э. Э. Льюис, В. Ф. Миллер, Вычислительные методы переноса нейтронов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48452-4.

   Теплообменники

   Теория теплообменников и расчетное уравнение теплообменника

   Введение

   Теория теплообменников и теплоснабжение …

   Пожалуйста, включите JavaScript

   Теория теплообменников и теплоснабжение Расчетное уравнение теплообменника

   Расчетное уравнение теплообменника можно использовать для расчета требуемой площади поверхности теплопередачи для различных жидкостей, температур на входе и выходе, а также типов и конфигураций теплообменников, включая противоточные или параллельные потоки. Необходимо значение общего коэффициента теплопередачи для данного теплообменника, жидкостей и температур. Расчеты теплообменника могут быть выполнены для требуемой площади теплопередачи или скорости теплопередачи для теплообменника заданной площади.

   Теория теплообменника приводит к основному уравнению расчета теплообменника: Q = U A ΔTlm, где

   Q — скорость теплопередачи между двумя жидкостями в теплообменнике в батах/ч,

   U — общая теплопередача коэффициент в Btu/hr-ft2-oF,

   A – площадь поверхности теплопередачи в ft2,

   и ΔTlm – среднелогарифмическая разность температур в oF, рассчитанная по температурам на входе и выходе обеих жидкостей.

   При расчете теплообменников основное расчетное уравнение теплообменника можно использовать для расчета требуемой площади теплообменника при известных или расчетных значениях трех других параметров, Q, U и ΔTlm. Теперь мы кратко обсудим каждый из этих параметров.

   Средняя логарифмическая разница температур

   Движущей силой любого процесса теплопередачи является разница температур. Для теплообменников задействованы две жидкости, причем температуры обеих меняются при прохождении через теплообменник, поэтому необходим некоторый тип

   средней разности температур. Во многих учебниках по теплопередаче есть вывод, показывающий, что среднелогарифмическая разность температур является правильной средней температурой для использования в расчетах теплообменника. Эта логарифмическая средняя температура определяется с точки зрения разницы температур, как показано в уравнении справа. THin и THout — температуры на входе и выходе горячей жидкости, а TCin и TCout — температуры на входе и выходе холодной жидкости. Эти четыре температуры показаны на диаграмме слева для прямотрубного двухходового кожухотрубного теплообменника с холодной жидкостью в качестве межтрубной жидкости и горячей жидкостью в качестве межтрубной жидкости.

   Скорость теплопередачи, Q

   Для расчетов теплообменника с расчетным уравнением теплообменника требуется значение скорости теплопередачи Q, которое можно рассчитать на основе известного расхода одной из жидкостей, ее теплоемкости и требуемое изменение температуры. Ниже приводится используемое уравнение:

   Q = мH CpH (THin – THout) = mC CpC (TCout – TCin), где

   mH = массовый расход горячей жидкости, порций/час,

   CpH = теплоемкость горячей жидкости, БТЕ/слаг-oF

   мКл = массовый расход холодной жидкости, порций/ч,

   CpC = теплоемкость холодной жидкости, БТЕ/поршень-oF,

   , а температуры определены в предыдущем разделе.

   Требуемая скорость теплопередачи может быть определена по известному расходу, теплоемкости и изменению температуры горячей или холодной жидкости. Затем можно рассчитать либо расход другой жидкости при заданном изменении температуры, либо температуру на выходе при известных расходе и температуре на входе.

   Общий коэффициент теплопередачи, U

   Общий коэффициент теплопередачи, U, зависит от проводимости через стенку теплопередачи, разделяющую две жидкости, и

   коэффициентов конвекции по обеим сторонам стенки теплопередачи. Например, для кожухотрубного теплообменника будет существовать коэффициент внутренней конвекции для жидкости со стороны труб и коэффициент внешней конвекции для жидкости со стороны кожуха. Коэффициент теплопередачи для данного теплообменника часто определяется эмпирически путем измерения всех других параметров в основном уравнении теплообменника и расчета U. Типичные диапазоны значений U для различных комбинаций теплообменник/жидкость доступны в учебниках, руководствах и на веб-сайтах. сайты. Выборка приведена в таблице справа для кожухотрубных теплообменников:

   Резюме

   Предварительный расчет теплообменника для оценки требуемой площади поверхности теплообменника может быть выполнен с использованием базового уравнения теплообменника Q = U A ΔTlm, если значения Q, U и ΔTlm известны или могут быть оценены. Теория теплообменников говорит нам, что ΔTlm — это правильная средняя разность температур для использования.

   Пример предварительных расчетов конструкции теплообменника см. в статье «Пример предварительной конструкции теплообменника».

   Шаблоны электронных таблиц Excel, которые можно загрузить для выполнения предварительных расчетов конструкции теплообменника, см. в статье: «Шаблоны электронных таблиц Excel для предварительного проектирования теплообменника».

   Ссылки и кредит изображения

   Ссылки для получения дополнительной информации:

   1. Бенгтсон, Х., Основы теплообменников, онлайновый курс повышения квалификации для кредита PDH

   2. Какак, С. и Лю, Х. ., Теплообменники: выбор, рейтинг и тепловой расчет , CRC Press, 2002.

   3. Куппан, Т., Справочник по проектированию теплообменников , CRC Press, 2000.

   Изображение предоставлено:

   Прямая труба, двухходовой кожухотрубный теплообменник: https://www.