Головна умова стабільної, ефективної роботи системи теплообміну - це підбір теплообмінних агрегатів з урахуванням точної відповідності конкретним експлуатаційним і технічним вимогам. Ключовим фактором для такого підбору є розрахунок площі теплообмінника.
Звичайно, існують певні стандарти, з універсальними параметрами, за якими можна підібрати обладнання для свого об'єкта. Проте, часто в цій сфері індивідуальний підхід більш ніж виправдовує себе. Проводить вимірювання і розрахунки по конкретних даних дозволяє отримати максимальну віддачу від системи теплообміну. Крім того, подібні обчислення просто необхідні, якщо мова йде про роботу за технічним завданням зі строго визначеними параметрами.
Методика розрахунку теплообмінника передбачає кілька етапів.
Визначення кількості теплоти
Рівняння передачі тепла, яке використовується для сталих одиниць часу і процесів виглядає наступним чином:
В даному рівнянні:
- К - значення коефіцієнта теплопередачі (виражається в Вт / (м2 / К));
- tср - середня різниця температурних показників між різними теплоносіями (величина може даватися як в градусах за Цельсієм (0С), так і в кельвінах (К));
- F - значення площі поверхні, для якої відбувається теплообмін (значення дається в м2).
Рівняння дозволяє описати процес, в ході якого відбувається передача теплоти між теплоносіями (від гарячого - до холодного). Рівняння враховує:
- віддачу тепла від теплоносія (гарячого) до стінки;
- параметри теплопровідності стінки;
- віддачу тепла від стінки до теплоносія (холодного).
Визначення коефіцієнта теплопередачі
- коефіцієнти теплопередачі для процесу конденсації водяної пари - від 4000 до 15000 Вт / (м 2 К);
- коефіцієнти теплопередачі для води, що рухається по трубах - від 1200 до 5800 Вт / (м 2 К);
- коефіцієнти теплопередачі від пароподібного конденсату до води - від 800 до 3500 Вт / (м 2 К).
Точний розрахунок коефіцієнта теплопередачі (К) проводиться за такою формулою:
У цій формулі:
- α1 - коефіцієнт тепловіддачі для гріючого теплоносія (виражається в Вт / (м 2 К));
- α2 - коефіцієнт тепловіддачі для нагрівається теплоносія (виражається в Вт / (м 2 К));
- δст - параметр товщини стінок труби (виражається в метрах);
- λст - коефіцієнт теплопровідності матеріалу, використаного для труби (виражається в Вт / (м * К)).
Така формула дає «ідеальний» результат, зазвичай невідповідний на 100% реальному стану справ. Тому в формулу додається ще один параметр - Rзаг.
Це показник термічного опору різних забруднень, що формуються на нагріваються поверхнях труби (тобто звичайної накипу та ін.)
Формула для показника забруднення виглядає так:
R = δ1 / λ1 + δ2 / λ2
У цій формулі:
- δ1 - товщина шару відкладень на внутрішній стороні труби (в метрах);
- δ2 - товщина шару відкладень на зовнішній стороні труби (в метрах);
- λ1 і λ2 - значення коефіцієнтів теплопровідності для відповідних верств забруднень (виражаються в Вт / (м * К)).
Методика розрахунку теплообмінника (площі поверхні)
Отже, ми розрахували такі параметри, як кількість теплоти (Q) і коефіцієнт теплопередачі (K). Для остаточного обчислення додатково буде потрібно різницю температур (t ср) і коефіцієнт тепловіддачі.
Підсумкова формула розрахунку теплообмінника пластинчастого (площі теплопередающей поверхні) виглядає так:
У цій формулі:
- значення Q і K описані вище;
- значення t ср (середня різниця температур) отримують за формулою (середньоарифметичної або среднелогаріфміческой);
- коефіцієнти тепловіддачі отримують двома способами: або за допомогою емпіричних формул, або через число Нуссельта (Nu) з використанням рівнянь подібності.
За 13 років роботи ми обслужили 3988 теплообмінників!