การคำนวณตัวแลกเปลี่ยนความร้อนในปัจจุบันใช้เวลาไม่เกินห้านาที องค์กรใด ๆ ที่ผลิตและจำหน่ายอุปกรณ์ดังกล่าวจะจัดเตรียมโปรแกรมการเลือกของตนเองให้ทุกคน สามารถดาวน์โหลดได้ฟรีจากเว็บไซต์ของบริษัท มิฉะนั้นช่างจะเข้ามาที่สำนักงานของคุณและติดตั้งฟรี อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์ของการคำนวณดังกล่าวถูกต้องเพียงใด เชื่อถือได้ และผู้ผลิตไม่มีไหวพริบในการต่อสู้กับคู่แข่งอย่างอ่อนโยนหรือไม่? การตรวจสอบเครื่องคิดเลขอิเล็กทรอนิกส์ต้องใช้ความรู้หรืออย่างน้อยต้องมีความเข้าใจเกี่ยวกับวิธีการคำนวณเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ทันสมัย มาลองทำความเข้าใจรายละเอียดกันนะครับ
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนคืออะไร
ก่อนทำการคำนวณตัวแลกเปลี่ยนความร้อน จำกันก่อนว่าเครื่องอะไร? เครื่องถ่ายเทความร้อนและมวล (aka เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน aka เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนหรือ TOA) คืออุปกรณ์สำหรับถ่ายเทความร้อนจากสารหล่อเย็นตัวหนึ่งไปยังอีกตัวหนึ่ง ในกระบวนการเปลี่ยนอุณหภูมิของตัวพาความร้อน ความหนาแน่นและดังนั้น ตัวบ่งชี้มวลของสารจึงเปลี่ยนไปด้วย นั่นคือเหตุผลที่กระบวนการดังกล่าวเรียกว่าการถ่ายเทความร้อนและการถ่ายเทมวล
ประเภทการถ่ายเทความร้อน
ตอนนี้เรามาพูดถึงประเภทการถ่ายเทความร้อนกัน - มีเพียงสามประเภทเท่านั้น Radiative - การถ่ายเทความร้อนเนื่องจากการแผ่รังสี ตัวอย่างเช่น ลองอาบแดดบนชายหาดในวันที่อากาศอบอุ่นในฤดูร้อน และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนดังกล่าวสามารถพบได้ในท้องตลาด (เครื่องทำความร้อนแบบท่อ) อย่างไรก็ตามส่วนใหญ่มักจะซื้อน้ำมันหรือหม้อน้ำไฟฟ้าสำหรับที่อยู่อาศัยห้องในอพาร์ตเมนต์ นี่คือตัวอย่างของการถ่ายเทความร้อนอีกประเภทหนึ่ง - การพาความร้อน การพาความร้อนอาจเป็นแบบธรรมชาติ บังคับ (ฝากระโปรงและมีตัวแลกเปลี่ยนความร้อนอยู่ในกล่อง) หรือขับเคลื่อนด้วยกลไก (เช่น มีพัดลม) ประเภทหลังมีประสิทธิภาพมากกว่ามาก
อย่างไรก็ตาม วิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการถ่ายเทความร้อนคือการนำ หรือที่เรียกว่า conduction (จากภาษาอังกฤษ conduction - "conduction") วิศวกรคนใดที่จะทำการคำนวณเชิงความร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน อย่างแรกเลย คิดเกี่ยวกับวิธีเลือกอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพในขนาดต่ำสุด และสามารถทำได้อย่างแม่นยำด้วยการนำความร้อน ตัวอย่างนี้คือ TOA ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในปัจจุบัน - แผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน แผ่นแลกเปลี่ยนความร้อนตามคำจำกัดความคือตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่ถ่ายเทความร้อนจากสารหล่อเย็นตัวหนึ่งไปยังอีกตัวหนึ่งผ่านผนังที่แยกพวกมันออกจากกัน ขีดสุดพื้นที่สัมผัสที่เป็นไปได้ระหว่างสื่อทั้งสอง ร่วมกับวัสดุที่เลือกอย่างถูกต้อง โปรไฟล์แผ่น และความหนา ช่วยลดขนาดของอุปกรณ์ที่เลือกในขณะที่ยังคงรักษาลักษณะทางเทคนิคดั้งเดิมที่จำเป็นในกระบวนการทางเทคโนโลยี
ประเภทเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
ก่อนทำการคำนวณตัวแลกเปลี่ยนความร้อน พิจารณาจากชนิดของเครื่องก่อน TOA ทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่มใหญ่: เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบหมุนเวียนและแบบหมุนเวียน ความแตกต่างหลักระหว่างพวกเขามีดังนี้: ใน TOAs ที่สร้างใหม่ การแลกเปลี่ยนความร้อนเกิดขึ้นผ่านผนังที่แยกสารหล่อเย็นสองตัว ในขณะที่ตัวกลางที่สร้างใหม่นั้นจะมีการสัมผัสกันโดยตรงระหว่างตัวกลางสองตัว มักจะผสมและต้องแยกตัวแยกพิเศษในภายหลัง เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบหมุนเวียนจะแบ่งออกเป็นเครื่องผสมและเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพร้อมการบรรจุ (แบบอยู่กับที่ การตก หรือระดับกลาง) กล่าวโดยคร่าว ๆ คือ ถังน้ำร้อนที่สัมผัสกับความเย็นจัด หรือชาร้อนสักแก้ว ตั้งให้เย็นในตู้เย็น (อย่าทำเช่นนี้!) - นี่คือตัวอย่างของ TOA ที่ผสมดังกล่าว และการเทชาลงในจานรองและทำให้เย็นลงด้วยวิธีนี้ เราจะได้ตัวอย่างเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบหมุนเวียนด้วยหัวฉีด (จานรองในตัวอย่างนี้มีบทบาทเป็นหัวฉีด) ซึ่งจะสัมผัสกับอากาศรอบข้างก่อนแล้วจึงวัดอุณหภูมิ จากนั้นนำความร้อนบางส่วนออกจากชาร้อนที่เทลงไป พยายามนำตัวกลางทั้งสองเข้าสู่สมดุลทางความร้อน อย่างไรก็ตาม ตามที่เราทราบก่อนหน้านี้แล้ว การใช้ค่าการนำความร้อนเพื่อถ่ายเทความร้อนจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางจะมีประสิทธิภาพมากกว่า ดังนั้นยิ่งการถ่ายเทความร้อนมีประโยชน์มากขึ้น (และใช้กันอย่างแพร่หลาย) TOA ในปัจจุบันก็เป็นสิ่งที่สร้างใหม่ได้แน่นอน
การออกแบบทางความร้อนและโครงสร้าง
การคำนวณใดๆ ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบกู้คืนสามารถทำได้บนพื้นฐานของผลลัพธ์ของการคำนวณทางความร้อน ไฮดรอลิก และความแข็งแรง สิ่งเหล่านี้เป็นพื้นฐานที่จำเป็นในการออกแบบอุปกรณ์ใหม่ และเป็นพื้นฐานของวิธีการคำนวณรุ่นต่อมาของอุปกรณ์ที่คล้ายกัน งานหลักของการคำนวณความร้อนของ TOA คือการกำหนดพื้นที่ที่ต้องการของพื้นผิวการแลกเปลี่ยนความร้อนสำหรับการทำงานที่มั่นคงของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและการรักษาพารามิเตอร์ที่ต้องการของสื่อที่ทางออก บ่อยครั้งในการคำนวณเช่นนี้วิศวกรจะได้รับค่าน้ำหนักและลักษณะขนาดของอุปกรณ์ในอนาคตโดยพลการ (วัสดุ, เส้นผ่านศูนย์กลางท่อ, ขนาดแผ่น, เรขาคณิตมัด, ประเภทและวัสดุของครีบ ฯลฯ) ดังนั้นหลังจาก การคำนวณความร้อนมักจะทำการคำนวณเชิงสร้างสรรค์ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน อย่างไรก็ตาม หากในระยะแรกวิศวกรคำนวณพื้นที่ผิวที่ต้องการสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางท่อที่กำหนด เช่น 60 มม. และความยาวของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนกลายเป็นประมาณหกสิบเมตร ก็จะมีเหตุผลมากกว่าที่จะถือว่าการเปลี่ยนแปลง ไปยังตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบหลายช่อง หรือแบบมีเปลือกและท่อ หรือเพื่อเพิ่มขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ
การคำนวณแบบไฮดรอลิก
ระบบไฮดรอลิกส์หรือไฮโดรแมคคานิคอล รวมถึงการคำนวณตามหลักอากาศพลศาสตร์เพื่อกำหนดและปรับระบบไฮดรอลิกให้เหมาะสม(แอโรไดนามิก) การสูญเสียแรงดันในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน ตลอดจนคำนวณต้นทุนพลังงานเพื่อเอาชนะพวกมัน การคำนวณเส้นทาง ช่องหรือท่อใดๆ สำหรับทางเดินของสารหล่อเย็นถือเป็นงานหลักสำหรับบุคคล - เพื่อเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการถ่ายเทความร้อนในบริเวณนี้ นั่นคือสื่อตัวหนึ่งต้องถ่ายเทและอีกตัวหนึ่งได้รับความร้อนมากที่สุดในช่วงระยะเวลาต่ำสุดของการไหล สำหรับสิ่งนี้ มักจะใช้พื้นผิวแลกเปลี่ยนความร้อนเพิ่มเติม ในรูปแบบของซี่โครงพื้นผิวที่พัฒนาแล้ว (เพื่อแยกชั้นย่อยลามินาร์ขอบเขตและเพิ่มความปั่นป่วนของการไหล) อัตราส่วนความสมดุลที่เหมาะสมที่สุดของการสูญเสียไฮดรอลิก พื้นที่ผิวการแลกเปลี่ยนความร้อน ลักษณะเฉพาะของน้ำหนักและขนาด และพลังงานความร้อนที่ถูกเอาออกนั้นเป็นผลมาจากการผสมผสานระหว่างการคำนวณทางความร้อน ไฮดรอลิก และโครงสร้างของ TOA
ตรวจสอบการคำนวณ
การตรวจสอบการคำนวณของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจะดำเนินการในกรณีที่จำเป็นต้องวางระยะขอบในแง่ของพลังงานหรือในแง่ของพื้นที่ของพื้นผิวการแลกเปลี่ยนความร้อน พื้นผิวถูกสงวนไว้ด้วยเหตุผลหลายประการและในสถานการณ์ที่แตกต่างกัน: หากจำเป็นตามเงื่อนไขอ้างอิง หากผู้ผลิตตัดสินใจที่จะเพิ่มระยะขอบเพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนดังกล่าวจะเข้าสู่ระบอบการปกครองและลดข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้น การคำนวณ ในบางกรณี ความซ้ำซ้อนจำเป็นต้องปัดเศษผลลัพธ์ของมิติเชิงสร้างสรรค์ ในขณะที่ในส่วนอื่นๆ (เครื่องระเหย เครื่องประหยัด) ขอบพื้นผิวถูกนำมาใช้เป็นพิเศษในการคำนวณกำลังของตัวแลกเปลี่ยนความร้อน สำหรับการปนเปื้อนโดยน้ำมันคอมเพรสเซอร์ที่มีอยู่ในวงจรทำความเย็น. และคุณภาพน้ำไม่ดีจะต้องนำมาพิจารณา หลังจากการทำงานอย่างต่อเนื่องของตัวแลกเปลี่ยนความร้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุณหภูมิสูง ตะกรันจะเกาะตัวบนพื้นผิวการแลกเปลี่ยนความร้อนของอุปกรณ์ ลดค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนและนำไปสู่การกำจัดความร้อนที่ลดลงอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ดังนั้น วิศวกรที่มีความสามารถ เมื่อคำนวณเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างน้ำกับน้ำ ให้ความสนใจเป็นพิเศษกับความซ้ำซ้อนเพิ่มเติมของพื้นผิวการแลกเปลี่ยนความร้อน การคำนวณการตรวจสอบจะดำเนินการด้วยเพื่อดูว่าอุปกรณ์ที่เลือกทำงานอย่างไรในโหมดรองอื่น ๆ ตัวอย่างเช่นในเครื่องปรับอากาศส่วนกลาง (หน่วยจ่าย) เครื่องทำความร้อนเครื่องแรกและตัวที่สองซึ่งใช้ในฤดูหนาวมักใช้ในฤดูร้อนเพื่อทำให้อากาศเย็นลงโดยส่งน้ำเย็นไปยังท่อแลกเปลี่ยนความร้อนของอากาศ พวกมันทำงานอย่างไรและจะให้พารามิเตอร์ใด ช่วยให้คุณประเมินการคำนวณการยืนยัน
การคำนวณเชิงสำรวจ
การคำนวณวิจัยของ TOA ดำเนินการบนพื้นฐานของผลลัพธ์ที่ได้จากการคำนวณเชิงความร้อนและการตรวจสอบ ตามกฎแล้วจำเป็นต้องทำการแก้ไขครั้งสุดท้ายในการออกแบบเครื่องมือที่ออกแบบไว้ นอกจากนี้ยังดำเนินการเพื่อแก้ไขสมการใดๆ ที่รวมอยู่ในรูปแบบการคำนวณที่ดำเนินการของ TOA ซึ่งได้มาจากการสังเกต (ตามข้อมูลการทดลอง) การคำนวณวิจัยเกี่ยวข้องกับการคำนวณหลายสิบครั้งและบางครั้งหลายร้อยครั้งตามแผนพิเศษที่พัฒนาและดำเนินการในการผลิตตามทฤษฎีทางคณิตศาสตร์ของการทดลองวางแผน จากผลลัพธ์ที่ได้ อิทธิพลของสภาวะต่างๆ และปริมาณทางกายภาพต่อตัวชี้วัดประสิทธิภาพของ TOA ถูกเปิดเผย
การคำนวณอื่นๆ
เมื่อคำนวณพื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อน อย่าลืมเกี่ยวกับความต้านทานของวัสดุ การคำนวณความแข็งแรงของ TOA รวมถึงการตรวจสอบหน่วยที่ออกแบบไว้สำหรับความเค้น แรงบิด สำหรับการใช้โมเมนต์การทำงานสูงสุดที่อนุญาตกับชิ้นส่วนและส่วนประกอบของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนในอนาคต ด้วยขนาดที่เล็กที่สุด ผลิตภัณฑ์จะต้องมีความแข็งแรง มั่นคง และรับประกันการทำงานที่ปลอดภัยในหลากหลายสภาวะ แม้กระทั่งในสภาวะการทำงานที่มีความต้องการสูงสุด
การคำนวณแบบไดนามิกดำเนินการเพื่อกำหนดคุณสมบัติต่างๆ ของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนในโหมดการทำงานแบบแปรผัน
ประเภทการออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
TOA พักฟื้นโดยการออกแบบสามารถแบ่งออกเป็นกลุ่มที่ค่อนข้างใหญ่ ที่มีชื่อเสียงและใช้กันอย่างแพร่หลายคือแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน อากาศ (ครีบท่อ) เปลือกและท่อ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อในท่อ เปลือกและเพลท และอื่นๆ นอกจากนี้ยังมีประเภทที่แปลกใหม่และเฉพาะทางสูง เช่น เกลียว (ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนคอยล์) หรือแบบขูด ซึ่งใช้ได้กับของเหลวหนืดหรือไม่ใช่ของนิวโทเนียน เช่นเดียวกับประเภทอื่นๆ อีกมากมาย
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อในท่อ
ลองพิจารณาการคำนวณที่ง่ายที่สุดของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบ "pipe in pipe" โครงสร้าง TOA ประเภทนี้เรียบง่ายที่สุด ตามกฎแล้วจะปล่อยเข้าไปในยางในของอุปกรณ์น้ำหล่อเย็นร้อน เพื่อลดการสูญเสีย และปล่อยน้ำยาหล่อเย็นเข้าไปในปลอกหรือท่อด้านนอก งานของวิศวกรในกรณีนี้จะลดลงเพื่อกำหนดความยาวของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนดังกล่าวตามพื้นที่คำนวณของพื้นผิวการแลกเปลี่ยนความร้อนและขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางที่กำหนด
ในเทอร์โมไดนามิกส์ แนวคิดของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนในอุดมคติได้รับการแนะนำ นั่นคืออุปกรณ์ที่มีความยาวไม่สิ้นสุด โดยที่ตัวพาความร้อนทำงานในกระแสทวน และความแตกต่างของอุณหภูมิทำงานอย่างสมบูรณ์ระหว่างกัน. การออกแบบไปป์อินไปป์ใกล้เคียงกับข้อกำหนดเหล่านี้มากที่สุด และถ้าคุณใช้สารหล่อเย็นในกระแสทวนก็จะเป็นสิ่งที่เรียกว่า "ทวนกระแสจริง" (และไม่ใช่ข้ามเหมือนใน TOAs ของเพลท) หัววัดอุณหภูมิทำงานได้ดีที่สุดกับการเคลื่อนไหวดังกล่าว อย่างไรก็ตาม เมื่อคำนวณเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบ "ท่อในท่อ" สิ่งที่ควรทำคือสมจริงและไม่ลืมองค์ประกอบด้านลอจิสติกส์ รวมไปถึงความง่ายในการติดตั้งด้วย ความยาวของรถบรรทุกยูโรคือ 13.5 เมตร และสถานที่ทางเทคนิคบางแห่งไม่ได้รับการปรับให้เข้ากับการลื่นไถลและการติดตั้งอุปกรณ์ที่มีความยาวนี้
ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อ
ดังนั้น บ่อยครั้งที่การคำนวณของอุปกรณ์ดังกล่าวไหลเข้าสู่การคำนวณเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่ออย่างราบรื่น นี่คืออุปกรณ์ที่มัดท่ออยู่ในเรือนเดียว (ปลอก) ล้างด้วยสารหล่อเย็นต่างๆ ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของอุปกรณ์ ตัวอย่างเช่น ในคอนเดนเซอร์ สารทำความเย็นจะไหลเข้าสู่เปลือก และน้ำจะไหลเข้าสู่ท่อ ด้วยวิธีนี้การเคลื่อนย้ายสื่อจะสะดวกและมีประสิทธิภาพในการควบคุมมากขึ้นการทำงานของเครื่อง ในทางตรงกันข้ามในเครื่องระเหยสารทำความเย็นจะเดือดในหลอดในขณะที่ถูกล้างด้วยของเหลวเย็น (น้ำ, น้ำเกลือ, ไกลคอล ฯลฯ) ดังนั้นการคำนวณเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อจึงลดลงเพื่อลดขนาดของอุปกรณ์ เมื่อเล่นกับเส้นผ่านศูนย์กลางของเปลือก, เส้นผ่านศูนย์กลางและจำนวนของท่อภายในและความยาวของเครื่องมือ วิศวกรจะไปถึงค่าที่คำนวณได้ของพื้นที่ผิวการแลกเปลี่ยนความร้อน
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนอากาศ
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่พบมากที่สุดในปัจจุบันคือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบครีบท่อ พวกมันถูกเรียกว่างู ที่ซึ่งไม่ได้ติดตั้งแค่ชุดคอยล์พัดลม (จากภาษาอังกฤษ fan + coil คือ "fan" + "coil") ในยูนิตในอาคารของระบบแยกส่วนและลงท้ายด้วยเครื่องทำความเย็นก๊าซไอเสียขนาดยักษ์ (การสกัดความร้อนจากก๊าซไอเสียร้อน) และการส่งความร้อนที่ต้องการ) ในโรงงานหม้อไอน้ำที่ CHP นั่นคือเหตุผลที่การคำนวณตัวแลกเปลี่ยนความร้อนคอยล์ขึ้นอยู่กับการใช้งานที่ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนนี้จะเริ่มทำงาน เครื่องทำความเย็นแบบใช้ลมสำหรับอุตสาหกรรม (HOP) ที่ติดตั้งในห้องแช่แข็งแบบระเบิดเนื้อ ตู้แช่แข็งอุณหภูมิต่ำ และสิ่งอำนวยความสะดวกในการทำความเย็นอาหารอื่นๆ จำเป็นต้องมีคุณลักษณะการออกแบบบางอย่างในการออกแบบ ระยะห่างระหว่างแผ่น (ครีบ) ควรมีขนาดใหญ่ที่สุดเพื่อเพิ่มเวลาการทำงานอย่างต่อเนื่องระหว่างรอบการละลายน้ำแข็ง ในทางกลับกัน เครื่องระเหยสำหรับศูนย์ข้อมูล (ศูนย์ประมวลผลข้อมูล) ถูกทำให้กะทัดรัดที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้โดยการยึดแผ่นระหว่างแผ่นระยะทางขั้นต่ำ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนดังกล่าวทำงานใน "โซนสะอาด" ที่ล้อมรอบด้วยตัวกรองละเอียด (สูงถึงระดับ HEPA) ดังนั้นการคำนวณของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อจะดำเนินการโดยเน้นที่การลดขนาดให้น้อยที่สุด
แผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน
ปัจจุบันแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อนอยู่ในความต้องการที่มั่นคง ตามการออกแบบของพวกเขา พวกเขาสามารถพับได้อย่างสมบูรณ์และกึ่งเชื่อม, บัดกรีทองแดงและบัดกรีนิกเกิล, เชื่อมและบัดกรีโดยการแพร่กระจาย (โดยไม่ต้องบัดกรี) การคำนวณความร้อนของแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อนค่อนข้างยืดหยุ่นและไม่มีปัญหาสำหรับวิศวกร ในกระบวนการคัดเลือก คุณสามารถเล่นกับประเภทของเพลต ความลึกของช่องการตี ประเภทของครีบ ความหนาของเหล็ก วัสดุต่างๆ และที่สำคัญที่สุดคือรุ่นขนาดมาตรฐานจำนวนมากของอุปกรณ์ที่มีขนาดต่างกัน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนดังกล่าวต่ำและกว้าง (สำหรับการทำความร้อนด้วยไอน้ำของน้ำ) หรือสูงและแคบ (สำหรับแยกเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสำหรับระบบปรับอากาศ) พวกเขายังมักจะใช้สำหรับสื่อการเปลี่ยนแปลงเฟส เช่น เป็นคอนเดนเซอร์, เครื่องระเหย, ดีซุปเปอร์ฮีทเตอร์, พรีคอนเดนเซอร์ ฯลฯ การคำนวณทางความร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบสองเฟสนั้นซับซ้อนกว่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนของเหลวและของเหลวเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม สำหรับวิศวกรที่มีประสบการณ์ งานนี้สามารถแก้ไขได้และไม่มีปัญหาใด ๆ เพื่ออำนวยความสะดวกในการคำนวณดังกล่าว นักออกแบบสมัยใหม่ใช้ฐานข้อมูลคอมพิวเตอร์เชิงวิศวกรรม ซึ่งคุณสามารถค้นหาข้อมูลที่จำเป็นมากมาย รวมถึงไดอะแกรมสถานะของสารทำความเย็นใดๆ ในการกวาด เช่น โปรแกรมCoolPack
ตัวอย่างการคำนวณตัวแลกเปลี่ยนความร้อน
วัตถุประสงค์หลักของการคำนวณคือการคำนวณพื้นที่ที่ต้องการของพื้นผิวแลกเปลี่ยนความร้อน พลังงานความร้อน (การทำความเย็น) มักจะระบุไว้ในเงื่อนไขอ้างอิง อย่างไรก็ตาม ในตัวอย่างของเรา เราจะคำนวณพลังงานดังกล่าว เพื่อตรวจสอบเงื่อนไขอ้างอิงเอง บางครั้งก็เกิดข้อผิดพลาดขึ้นในแหล่งข้อมูล งานหนึ่งของวิศวกรผู้มีความสามารถคือการค้นหาและแก้ไขข้อผิดพลาดนี้ ตัวอย่างเช่น เรามาคำนวณแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อนประเภท "ของเหลว-ของเหลว" ปล่อยให้มันเป็นเครื่องทำลายความดันในอาคารสูง ในการขนถ่ายอุปกรณ์โดยใช้แรงกด วิธีนี้มักใช้ในการสร้างตึกระฟ้า ที่ด้านหนึ่งของตัวแลกเปลี่ยนความร้อน เรามีน้ำที่มีอุณหภูมิขาเข้า Tin1=14 ᵒС และอุณหภูมิทางออก Тout1=9 ᵒС และด้วยอัตราการไหล G1=14,500 kg / h และอีกด้านหนึ่ง - รวมถึงน้ำ แต่เท่านั้น ด้วยพารามิเตอร์ต่อไปนี้: Тin2=8 ᵒС, Тout2=12 ᵒС, G2=18 125 กก./ชม.
เราคำนวณกำลังที่ต้องการ (Q0) โดยใช้สูตรสมดุลความร้อน (ดูรูปด้านบน สูตร 7.1) โดยที่ Ср คือความจุความร้อนจำเพาะ (ค่าตาราง) เพื่อความง่ายในการคำนวณ เราใช้ค่าความจุความร้อนที่ลดลง Срв=4.187 [kJ/kgᵒС] การนับ:
Q1=14,500(14 - 9)4, 187=303557. 5 [kJ/h]=84321, 53 W=84. 3 kW - ด้านแรกและ
Q2=18 125(12 - 8)4, 187=303557. 5 [kJ/h]=84321, 53 W=84. 3 kW - ด้านที่สอง
หมายเหตุ ตามสูตร (7.1) Q0=Q1=Q2 ไม่ว่าทำการคำนวณด้านใด
นอกจากนี้ โดยใช้สมการการถ่ายเทความร้อนหลัก (7.2) เราจะพบพื้นที่ผิวที่ต้องการ (7.2.1) โดยที่ k คือสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน (นำมาเท่ากับ 6350 [W/m 2]) และ ΔТav.log - ความแตกต่างของอุณหภูมิลอการิทึมเฉลี่ย คำนวณตามสูตร (7.3):
ΔT บันทึกเฉลี่ย=(2 - 1) / ln (2 / 1)=1 / ln2=1 / 0, 6931=1, 4428;
F จากนั้น=84321 / 63501, 4428=9.2 m2.
เมื่อไม่ทราบค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน การคำนวณแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อนจะซับซ้อนขึ้นเล็กน้อย ตามสูตร (7.4) เราคำนวณเกณฑ์ Reynolds โดยที่ ρ คือความหนาแน่น [kg/m3] η คือความหนืดไดนามิก [Ns/m 2], v คือความเร็วของตัวกลางในช่อง, [m/s], d cm คือเส้นผ่านศูนย์กลางเปียกของช่อง [m].
ตามตาราง เรามองหาค่าของเกณฑ์ Prandtl [Pr] ที่เราต้องการ และใช้สูตร (7.5) เราได้เกณฑ์ Nusselt โดยที่ n=0.4 - ภายใต้เงื่อนไขการให้ความร้อนด้วยของเหลว และ n=0.3 - ภายใต้สภาวะการระบายความร้อนด้วยของเหลว
ต่อไป โดยใช้สูตร (7.6) เราคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนจากสารหล่อเย็นแต่ละตัวไปที่ผนัง และใช้สูตร (7.7) เราคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนซึ่งเราแทนที่เป็นสูตร (7.2.1) เพื่อคำนวณพื้นที่ผิวแลกเปลี่ยนความร้อน
ในสูตรที่ระบุ λ คือสัมประสิทธิ์การนำความร้อน ϭ คือความหนาของผนังช่อง α1 และ α2 คือค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนจากตัวพาความร้อนแต่ละตัวไปยังผนัง
