Главное условие стабильной, эффективной работы системы теплообмена — это подбор теплообменных агрегатов с учетом точного соответствия конкретным эксплуатационным и техническим требованиям. Ключевым фактором для такого подбора является расчет площади теплообменника.
Конечно, существуют определенные стандарты, с универсальными параметрами, по которым можно подобрать оборудование для своего объекта. Тем не менее, часто в этой сфере индивидуальный подход более чем оправдывает себя. Проведение измерений и расчетов по конкретным данным позволяет получить максимальную отдачу от системы теплообмена. Кроме того, подобные вычисления попросту необходимы, если речь идет о работе по техническому заданию со строго обозначенными параметрами.
Методика расчета теплообменника предполагает несколько этапов.
Определение количества теплоты
Уравнение передачи тепла, используемое для установившихся единиц времени и процессов выглядит следующим образом:
Q = KFtcp (Вт)
В данном уравнении:
- К — значение коэффициента теплопередачи (выражается в Вт/(м2/К));
- tср — средняя разность температурных показателей между разными теплоносителями (величина может даваться как в градусах по Цельсию (0С), так и в кельвинах (К));
- F — значение площади поверхности, для которой происходит теплообмен (значение дается в м2).
Уравнение позволяет описать процесс, в ходе которого происходит передача теплоты между теплоносителями (от горячего — к холодному). Уравнение учитывает:
- отдачу тепла от теплоносителя (горячего) к стенке;
- параметры теплопроводности стенки;
- отдачу тепла от стенки к теплоносителю (холодному).
Определение коэффициента теплопередачи
Для предварительных расчетов теплообменного оборудования и разного рода проверок применяют ориентировочные значения коэффициентов, стандартизированные для определенных категорий:
- коэффициенты теплопередачи для процесса конденсации паров воды — от 4000 до 15000 Вт/(м2К);
- коэффициенты теплопередачи для воды, движущейся по трубам — от 1200 до 5800 Вт/(м2К);
- коэффициенты теплопередачи от парообразного конденсата к воде — от 800 до 3500 Вт/(м2К).
Точный расчет коэффициента теплопередачи (К) производится по следующей формуле:
В данной формуле:
- α1 — коэффициент теплоотдачи для греющего теплоносителя (выражается в Вт/(м2К));
- α2 — коэффициент теплоотдачи для нагреваемого теплоносителя (выражается в Вт/(м2К));
- δст — параметр толщины стенок трубы (выражается в метрах);
- λст — коэффициент теплопроводности материала, использованного для трубы (выражается в Вт/(м*К)).
Такая формула дает «идеальный» результат, обычно несоответствующий на 100% реальному положению дел. Поэтому в формулу добавляется еще один параметр — Rзаг.
Это показатель термического сопротивления различных загрязнений, формирующихся на нагревающихся поверхностях трубы (т.е. обычной накипи и др.)
Формула для показателя загрязнения выглядит так:
R = δ1/λ1 + δ2/λ2
В данной формуле:
- δ1 — толщина слоя отложений на внутренней стороне трубы (в метрах);
- δ2 — толщина слоя отложений на внешней стороне трубы (в метрах);
- λ1 и λ2 — значения коэффициентов теплопроводности для соответствующих слоев загрязнений (выражаются в Вт/(м*К)).
Методика расчета теплообменника (площади поверхности)
Итак, мы рассчитали такие параметры, как количество теплоты (Q) и коэффициент теплопередачи (K). Для окончательного вычисления дополнительно потребуется разность температур (tср) и коэффициент теплоотдачи.
Итоговая формула расчета теплообменника пластинчатого (площади теплопередающей поверхности) выглядит так:
В данной формуле:
- значения Q и K описаны выше;
- значение tср (средняя разность температур) получают по формуле (среднеарифметической либо среднелогарифмической);
- коэффициенты теплоотдачи получают двумя способами: либо с помощью эмпирических формул, либо через число Нуссельта (Nu) с использованием уравнений подобия.
Информация с сайта: https://www.pto-service.com/stati/raschet-ploshchadi/