Расчет теплообменника

В сфере теплоснабжения решения принимают по результатам строгих технических расчетов. И поскольку теплообменник пластинчатый являет собой важный узел, то и рассчитывать его параметры надо с умом. В статье расскажем, какие исходные данные надо собрать перед расчетом теплообменника и как выполнять тепловой и конструктивный расчеты.

Какая информация нужна

Перед техническими вычислениями необходимо найти такие данные:

  • тип рабочих сред (вода/вода, масло/вода, пар/вода и пр.);
  • тепловую нагрузку в Гкал/час или мощность в кВт;
  • массовый расход среды в т/час, когда нет информации по теплонагрузке;
  • температура теплоносителей на входе и выходе по горячей и холодной стороне в °С.

Из документации понадобится Техзадание от главного инженера и технолога, договор с Теплоснабжением, а также Техусловия, выданные теплоснабжающей компанией.

Нюансы и подробности

Пластинчатые теплообменники
  1. От данных проекта будет зависеть его стоимость. Дорогие пластинчатые теплообменники отличаются большим размером, малой разницей входной и выходной температуры, высокими показателями давления и максимально допустимой температуры.
  2. Пропускная способность теплообменного аппарата зависит от объема расхода воды, прописанного на гидронасосе в литрах за минуту или кубометров в час. Чтобы высчитать пропускную способность (массовый расход среды), нужно перемножить объем на плотность. Плотность рабочей среды меняется в зависимости от температуры: так, холодная вода из центральной системы обладает плотностью 0,99913.
  3. Для определения уровня теплопередачи в поточных системах используется понятие LMTD (Logarithmic Mean Temperature Difference) — среднее значение логарифмической разницы температур, также это средний температурный напор.
    Рассчитывается как ΔT1– ΔT2 / ( ln ΔT1/ ΔT2), где ΔT1 = T1 (температура на входе горячего контура) – T4 (выход горячего контура), а ΔT2 = T2 (вход холодного контура) – T3 (выход холодного контура).
  4. Вид и вязкость рабочей среды надо знать предварительно, чтобы определиться с материалом пластин.
  5. Для центрального теплового снабжение необязательно знать уровень загрязнения среды. Но в отдельных случаях при расчете теплообменника он важен.
  6. Теплонагрузка, она же мощность теплопередачи, означает, сколько тепла отдает теплообменник. Рассчитывается по формуле:

P = m · cp · δt,

P — тепловая мощность;

m — массовый расход рабочей среды;

cp — удельная тепловая емкость, равная 4,182 кДж/(кг ·°С) для воды, подогретой до 20°С;

δt — температурная разность на входе и выходе 1-го контура (δt = t1– t2).

Тепловой расчет

Чтобы выполнить техрасчет теплообменного аппарата, нужна такая информация: физические и химические характеристики теплоносителей, начальная и конечная температуры, расход теплоносителя. Если что-то неизвестно, пользуются формулой теплового расчета для нахождения этих элементов. Предлагаем разобраться на примере.

Расход теплоносителя, физические и химические характеристики теплоносителя

Тепловая энергия в обменнике передается от первого потока ко второму в момент нагрева или охлаждения, и выражается уравнением теплового баланса для теплообменника:

Q = Qг = Qх,

где Q [Вт] — теплота, передаваемая носителю или принимаемая им.

  Все тонкости дизайна детской комнаты

Qг = Gгcг · (tг нач – tг кон),

Qх = Gхcх · (tх кон – tх нач),

где G г и G х [кг/ч] — расход горячего и холодного носителя;

c г и c х [Дж/кг·градус] — теплоемкость гор. и хол. носителей;

t г,х нач [°C] — начальная температура гор. и хол. теплоносителей;

t г,х кон [°C] — конечная температура гор. и хол. носителей.

Количество тепла на входе и выходе связано с агрегатным состоянием теплоносителя: а случае изменения состояния актуальна такая формула:

Q = Gc п· (t п – t нас) + Gr + G · (t нас– t к),

в которой r [Дж/кг] — теплота конденсации;

ск, п [Дж/кг·град] — удельные теплоемкости конденсата и пара;

tк — температура конденсата на выходе.

Расчет расхода теплоносителя по тепловой нагрузке считается так:

Gгор = Q / c гор ·(tг нач – tг кон);

G хол = Q / c хол ·(tх кон – tх нач)

Конструктивный расчет

Расчет расхода теплоносителя по тепловой нагрузке

Начнем с ориентировочного просчета площади поверхности теплообмена, проходного сечения, примерных коэффициентов теплообмена.

Формула поверхности теплообмена рекуператора:

F = Q / k · ∆t ср2]

Сечения для прохождения носителя:

S = G / (w · ρ) [м2],

где G [кг/ч] — расход теплоносителя;

(w · ρ) [кг/м2·с] — массовая скорость потока теплоносителя.

Скорость потока в м/с принимают в зависимости от вида носителя тепла:

  • < 1 для вязких жидкостей;
  • от 1 до 3 для маловязких жидкостей;
  • от 5 до 10 для запыленных газов;
  • от 10 до 15 для чистых газов;
  • от 30 до 50 для насыщенных паров.

После этих предварительных вычислений выбирают несколько пластинчатых теплообменников, на которых проводят уже самый подробный расчет.

 Пластинчатый теплообменник

Определим значение греющих ходов и нагреваемой среды:

X гр/ X нагр = (G гр/ G нагр)0,636· (∆P гр/ ∆P нагр)0,364· (1000 – t нагр ср/ 1000 – t гр ср),

в этой формуле Gнагр, гр [кг/ч] – расход теплоносителей;

∆Pнагр, гр [кПа] — перепад давления тепловых носителей;

t гр ср, нагр ср [°C] — средняя температура среды.

Далее оценим результат, и если Xгр / Xнагр получается меньше двух, то конструкцию теплообменника выбираем симметричную, если же больше двойки — то несимметричную.

Число каналов для сред высчитываем по формуле:

m нагр = G нагр/ w опт· f мк· ρ · 3600,

в которой fк берем из характеристик пластин; это живое сечение межпластинчастого канала;

w опт [м/с] — оптимальная скорость потока;

G нагр [кг/ч] — расход носителя.

Где приобрести теплообменник

В Украине проще и удобнее всего купить пластинчатый теплообменник для ГВС в интернет-магазине Пирамида24. Если нет желания и времени считать параметры устройства, позвоните по телефону 098 553-92-92, и опытные консультанты вам помогут.