Расчет теплообменника типа труба в трубе

Обновлено: 04.07.2024

Привет студент

«Расчёт и проектирование теплообменного аппарата»

ПАХТ 240700.000.001. ПЗ

Студент гр. Х-330802 Пирожников С.Д.

Преподаватель: С.А. Ермаков

Задание по курсовому проектированию.. 4

1. Теоретическая часть. 5
2. Процесс теплопередачи. 5
3. Конструкции теплообменных аппаратов. 6
4. II. Расчетная часть. 10
5. Тепловая схема и основные параметры.. 10
6. Варианты теплообменных аппаратов. 11

2.1 Вариант 1. Расчет теплообменника «Труба в трубе». 12

2.2 Вариант 2. Кожухотрубчатый теплообменник. 15

1. Выбор теплообменника. 20

Список литературы.. 23

Аннотация

В данной работе приводится расчет двух типов теплообменных аппаратов:

• расчет теплообменника типа «труба в трубе»;
• расчет кожухотрубчатого теплообменника.

Данные аппараты предназначены для нагрева рассола и охлаждения насыщенного водяного пара. Используемые ГОСТы: ГОСТ 9930-78, ГОСТ 15122-70 и ГОСТ 2120-73. На основе приведенных расчетов производится выбор нормализованного варианта конструкции, который будет удовлетворять заданным техническим требованиям.

Задание по курсовому проектированию

Рассчитать и спроектировать теплообменник по следующим данным:

• Тип аппарата – выбрать;
• Производительность аппарата:

А. По нагреваемой среде:

б) начальная температура – +10 ◦С;

в) конечная температура – +50 ◦С;

г) давление – 2 ат.

Б. По охлаждаемой среде: 3 т /ч

а) состав – этиловый спирт;

в) конечная температура – +30 ◦С;

г) давление – 1 ат.

• Пояснительную записку: аннотация, задание, введение, выбор типа и конструкции, краткая характеристика и схема аппарата, материальные и тепловые расчеты, определение конструктивных размеров, заключение, список используемой литературы.
• Графические документы (чертежи общего вида, узлов, деталей).

Пояснительная записка и графические документы должны отвечать требованиям ЕСКД.

Перенос энергии в форме тепла, происходящий между телами, имеющими различную температуру, называется теплообменом. Движущей силой любого процесса теплообмена является разность температур более нагретого и менее нагретого тел, при наличии которой тепло самопроизвольно переходит от более нагретого к менее нагретому телу. Тела, участвующие в теплообмене называются теплоносителями.

Теплопередача – наука о процессах распространения тепла. Законы теплопередачи лежат в основе тепловых процессов – нагревания, охлаждения, конденсации паров, выпаривании и имеют большое значение для проведения многих массообменных, а также химических процессов, протекающих с подводом или отводом тепла.

Различают три способа распространения тепла:

1. Теплопроводность - представляет собой перенос тепла вследствие беспорядочного (теплового) движения микрочастиц непосредственно соприкасающихся друг с другом. Это движение может происходить либо движением самих молекул, либо колебанием атомов (кристаллическая решетка твердых тел), либо диффундированием свободных электронов в металле.
2. Конвекция - это перенос тепла вследствие движения и перемешивания макроскопических объёмов жидкости или газа. Различают естественную или свободную конвекцию, которая обусловлена разностью плотностей в различных точках объема жидкости или газа, возникающие вследствие разности температур, и вынужденную конвекцию, которая возникает при принудительном движении всего объема жидкости или газа (перемешивание).
3. Тепловое излучение – процесс распространения электромагнитных колебаний с различной длиной волны, обусловленный тепловым движением атомов или молекул излучающего тепла.

В реальных условиях тепло передается не каким-либо одним способом, а комбинированным путем.

Перенос тепла от стенки в газообразной или жидкой среде или в обратном направлении называется теплоотдачей.

Различают установившиеся (стационарные) процессы теплообмена для непрерывно действующих аппаратов и неустановившиеся – для периодически действующих аппаратов.

Теплоносители, имеющие более высокую температуру, чем нагреваемая среда и отдающие тепло, называются нагревающими агентами. Теплоносители с более низкой температурой – охлаждающие агенты. Выбор теплоносителя зависит от требуемой температуры нагрева или охлаждения и необходимости её регулирования. Промышленный теплоноситель должен обеспечивать достаточно высокую интенсивность теплообмена при небольших массовых и объемных его расходах. Соответственно он должен обладать малой вязкостью, но высокими плотностью, температурой и теплотой парообразования. Желательно также, чтобы теплоноситель был не горюч, не токсичен, термически стоек, не оказывал разрушающего действия на материал теплообменника и вместе с тем являлся бы достаточно доступным и дешевым веществом.

1. Конструкции теплообменных аппаратов

Простейший из трубчатых теплообменников типа «труба в трубе» состоит из двух коаксиально закреплённых труб. Первый теплоноситель перемещается по внутренней трубе 1. Второй теплоноситель проходит в кольцевом пространстве, образованном трубой 1 и соосной с ней наружной трубой 2. Таким образом, поверхность, через которую передаётся теплота, образована той частью поверхности внутренней трубы, которая заключена во внешней трубе. Для увеличения поверхности теплообмена в одном аппарате элементы, образованные двумя трубами, соединяют последовательно с помощью изогнутых соединительных труб 3. Межтрубное пространство элементов сообщается через соединительные патрубки 4.

Теплообменники типа «труба в трубе» просты по конструкции и поддаются механической чистке, замена отдельных элементов несложная. Главное преимущество этих аппаратов состоит в том, что можно обеспечить оптимальные скорости движения теплоносителей, подбирая соответствующие диаметры труб.

Существенный недостаток аппаратов «труба в трубе» - значительные габариты, т.е. небольшая поверхность теплообмена в единице объёма аппарата.

Спиральный теплообменник состоит из двух длинных свернутых по спирали металлических листов 1, закрытых с торцевых сторон съемными крышками 2. В теплообменнике для сред I и II образуются два независимых друг от друга соседних канала прямоугольного сечения. Для подвода и выпуска теплоносителей имеются штуцеры.

В спиральных теплообменниках, как и в теплообменниках типа «труба в трубе», соответствующим подбором сечений каналов можно обеспечить высокие скорости протекания сред, а, следовательно, и высокие значения коэффициентов α₁ и α₂.рис. 3

К преимуществам этой конструкции необходимо отнести ком­пактность аппарата (в 1 м 3 теплообменника можно развить до 80 м 2 теплопередающей поверхности, т. е. приблизительно в 2 раза больше, чем в кожухотрубчатых теплообменниках) и меньший расход металла на его изготовление по сравнению с другими типами теплообменников (здесь очень небольшие затраты металла на кожух, считая затраты на единицу теплопередающей поверхности). Плавное изменение направления движения теплоносителей и постоянная площадь сечения каналов обусловливают небольшое гидравлическое сопротивление их даже при высоких скоростях движения сред.

Пластинчатые теплообменники. Поверхность теплообмена пластинчатого теплообменника состоит из гофрированных пластин с четырьмя отверстиями по углам. Проложив между пластинами 2 и 3 специальные фасонные прокладки и прижимая пластины друг к другу, можно образовать канал синусоидального профиля, по которому жидкость может перетекать из верхнего левого отверстия в нижнее левое. Эти два отверстия объединены общей большой прокладкой, в то время как два других отверстия окружены малыми (кольцевыми) прокладками, и из них жидкость не может ни выходить, ни входить в канал. Если к двум сжатым пластинам 2 и 3 прижать пластину 4, объединив прокладкой нижнее правое отверстие с верхним правым, то будет образовано два канала. В первом, между пластинами 2 и 3, один теплоноситель перетекает сверху вниз, а во втором канале, между пластинами 3 и 4, другой теплоноситель проходит снизу вверх. Продолжая прибавлять пластины и прокладки справа и слева от образованного пакета, можно увеличивать число параллельных каналов и поверхность теплообмена. Ширина синусоидального канала лежит в пределах от одного до нескольких миллиметров, и жидкость быстро прогревается по всей толщине слоя. Этому способствует искусственная турбулизация потока на поворотах в канале, вызывающая увеличение коэффициента теплоотдачи.

Достоинства пластинчатого теплообменника:

1. Небольшое расстояние между пластинами и рельефная поверхность их обеспечивают большую удельную теплопередающую поверхность.
2. Фасонная форма пластин обеспечивает большие значения коэффициентов теплоотдачи, а, следовательно, и коэффициента теплопередачи.
3. Теплопередающая поверхность легко изменяется путем установки соответствующего количества пластин.
4. Теплообменник легко разбирается, что обеспечивает возможность чистки теплопередающей поверхности.

Основным недостатком пластинчатого теплообменника является большое количество прокладок.

Змеевиковые теплообменники (погружные). Простейший погружной змеевиковый теплообменник (рис. 5) представляет собой изогнутую в виде спирали трубу (змеевик), установленную внутри цилиндрического сосуда. Одна из сред проходит по змеевику, другая омывает его снаружи. В некоторых конструкциях в один сосуд (кожух) поставлено несколько змеевиков с общим распределительным и сборным коллекторами.

Погружные змеевиковые теплообменники применяются, когда одна из теплообменивающихся сред является сильно загрязненной или агрессивной, так как чистка трубок змеевика снаружи не требует специальной разборки, а металлический корпус аппарата может быть легко защищен от агрессивной среды. Поэтому, несмотря на широкое применение более интенсивно работающих кожухотрубных аппаратов, змеевиковые теплообменники распространены на химических производствах.

Рубашечные теплообменники. Рубашечные теплообменники – это сосуды, снабженные двойными стенками-рубашками. Внутри сосуда протекает одна среда, в кольцевом канале – вторая среда.

По самой конструкции теплообменника скорость среды внутри аппарата невелика, поэтому коэффициент теплопередачи будет определяться именно этим малым коэффициентом теплоотдачи. Они, кроме того, имеют небольшую поверхность нагрева на единицу объема аппарата. Однако эти теплообменники еще более, чем змеевиковые, удобны для осмотра и наблюдения за средой внути сосуда, поэтому они применяются главным образом как реакционные аппа­раты, кристаллизаторы, растворители, т. е. в технологических про­цессах, требующих в самом ходе нагрева или охлаждения среды.

Оросительные теплообменники (холодильники). Оросительные теплообменники часто называют холодильниками, так как они применяются только при охлаждении водой. Именно вода, а не воздух, является наиболее распространенным охлаждающим агентом, так как коэффициент теплоотдачи от стенки к воде во много раз больше, чем коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху.

Теплообменник «труба в трубе»

Для нагрева холодной воды (разумеется, без смешивания) от системы отопления используются теплообменные аппараты — рекуператоры, в которых две среды движутся в своих полостях, разделенные металлической стенкой. .

. Горячая вода системы отопления, остывая, через стенку нагревает холодную воду в системе горячего водоснабжения.

Из рекуператоров наибольшее распространение получили пластинчатые и кожухотрубчатые теплообменники, которые широко используются не только в коммунальном хозяйстве, но и в первую очередь в различных отраслях промышленности и энергетики. При этом в качестве греющих и нагреваемых сред могут быть самые разнообразные жидкости и газы.

Теплообменник «труба в трубе» – это простейший вариант кожухотрубного аппарата.

В этой статье представлен алгоритм и теплотехнический расчет в Excel водо-водяного теплообменника типа «труба в трубе». Если греющая и нагреваемая среды — не вода, то некоторые исходные данные и формулы, использованные в программе, требуется существенно изменить!

Водо-водяной теплообменник «труба в трубе». Расчет в Excel.

На рисунке, представленном ниже, внутренняя труба является теплообменной, а наружная – кожуховой. Греющая вода движется слева направо и остывает, отдавая тепло через стенку внутренней трубы нагреваемой воде. Нагреваемая вода движется справа налево и нагревается.

Снаружи аппарат теплоизолирован. В расчете далее условно принято, что теплоизоляция обеспечивает абсолютное отсутствие теплообмена между наружной трубой и окружающей средой.

Если наружная труба не изолируется, то в расчете необходимо учесть потери тепла окружающему пространству. Как это сделать, можно посмотреть здесь.

Изображенная на рисунке схема движения жидкостей называется противотоком – нагреваемая вода движется навстречу греющей. Прямотоком, соответственно, будет движение потоков в одном направлении.

Из скриншота программы очевидно, что пользователю нужно заполнить светло-бирюзовые и бледно-зеленые ячейки исходными данными и в светло-желтых ячейках считать результаты вычислений.

Расчет в Excel теплообменника «труба в трубе» выполняется по нижеприведенному алгоритму.

i =1 – для греющей воды и внутренней стенки теплообменной трубы

i =2 – для нагреваемой воды и внешней стенки теплообменной трубы

x =1 – при прямотоке

x =2 – при противотоке

9. Средняя температура воды

t_i =( t_iвх + t_iвых )/2

10. Средняя температура поверхностей стенки внутренней теплообменной трубы в первом приближении

t_ст1 = t_ст2 =( t₁ + t₂ )/2

11. Передаваемая тепловая мощность

N = G₂ * C_p *( t_{2 вых} - t_{2 вх} )

8. Температура греющей воды на выходе

t_1вых = t_{1 вх} - N /( G₁ * C_p )

12. Средняя плотность воды

ρ_i =-0,003* t_i 2 -0,1511* t_i +1003,1

13. Среднее значение коэффициента кинематической вязкости воды

ν_i =0,0178/(1+0,0337* t_i +0,000221* t_i 2 )/10000

14. Среднее значение коэффициента теплопроводности воды

λ_i =0,581+0,0012* t_i

15. Среднее значение критерия Прандтля для воды

Pr_i =7,5-0,0694* t_i

16. Скорость движения воды во внутренней трубе и в кольцевом пространстве наружной трубы

v₁ = G₁ /(π* d₁ 2 /4)/ ρ₁

v₂ = G₂ /(π*( d₂ 2 - D₁ 2 )/4)/ ρ₂

Желательно чтобы скорость движения воды находилась в диапазоне 0,25…2,5 м/с. Большие значения из диапазона предпочтительнее с точки зрения увеличения турбулентности потока и, следовательно, коэффициента теплоотдачи, но не предпочтительны с точки зрения увеличения гидравлического сопротивления системы, требующего насосы повышенных мощностей.

17. Число Рейнольдса для греющего и нагреваемого потоков

Re₁ = v₁ * d₁ / ν₁

Re₂ = v₂ *( d₂ — D₁ )/ ν₁

Режим течения воды по трубам должен быть турбулентным, т.е. Re >2300 (еще лучше, если Re >10000 ).

18. Среднее значение критерия Прандтля для внутренней и внешней поверхностей стенки теплообменной внутренней трубы

Pr_стi =7,5-0,0694* t_стi

19. Критерий Нуссельта со стороны греющей и со стороны нагреваемой воды

Nu₁ =0,021* Re₁ 0,8 * Pr₁ 0,43 *( Pr₁ / Pr_ст1 ) 0,25

Nu₂ =0,017* Re₂ 0,8 * Pr₂ 0,4 *( Pr₂ / Pr_ст2 ) 0,25 *( d₂ / D₁ ) 0,18

20. Коэффициент теплоотдачи от греющей воды стенке и от стенки нагреваемой воде

α₁ = Nu₁ * λ₁ / d₁

α₂ = Nu₂ * λ₂ /( d₂ - D₁ )

21. Коэффициент теплопередачи

K =1/(1/ α₁ +(( D 1 — d 1 )/2)/ λ_ст -1/ α₂ )

22. Максимальный температурный напор

Если x =1 (прямоток), то

Δt_max = t_1вх — t_2вх

Если x =2 (противоток) и t_1вх — t_2вых > t_1вых — t_2вх , то

Δt_max = t_1вх — t_2вых

Если x =2 (противоток) и t_1вх — t_2вых < t_1вых — t_2вх , то

Δt_max = t_1вых — t_2вх

23. Минимальный температурный напор

Если x =1 (прямоток), то

Δt_min = t_1вых — t_2вых

Если x =2 (противоток) и t_1вх — t_2вых < t_1вых — t_2вх , то

Δt_min = t_1вх — t_2вых

Если x =2 (противоток) и t_1вх — t_2вых > t_1вых — t_2вх , то

Δt_min = t_1вых — t_2вх

24. Среднелогарифмический температурный напор

Δt_ср =( Δt_max — Δt_min )/ln( Δt_max / Δt_min )

25. Плотность теплового потока

q = K * Δt_ср

10*. Теперь следует вернуться к пункту 10 и вычислить средние температуры поверхностей стенки внутренней теплообменной трубы во втором приближении по новым формулам

t_ст1 = t₁ - q / α₁

t_ст2 = t₂ + q / α₂

В представленной программе расчет в Excel выполняется 6 раз. Для точности необходимой на практике обычно бывает достаточно выполнить 2 или 3 приближения.

26. Площадь поверхности нагрева

F = N / q

27. Расчетная длина нагревателя

L = F /(π* d₁ )

28. Диаметры присоединительных патрубков

d_пi =(3600* Gi /(π* v_max * ρ_i )) 0,5 /30

В расчете максимальная скорость воды v_max принята равной 1,8 м/c. При необходимости можно ее увеличить до 2,5 м/с или принять равной скорости движения воды по теплообменнику.

На этом теплотехнический расчет в Excel теплообменника «труба в трубе» можно считать завершенным. Гидравлический расчет поможет выполнить эта статья на блоге.

Отложения, образующиеся в процессе эксплуатации на поверхностях стенки внутренней теплообменной трубы, существенно влияют на коэффициент теплопередачи и могут со временем в 1,5-2 раза снизить эффективность работы любого теплообменника. Рассмотренный расчет в Excel это не учитывает.

Заключение.

Посмотрите небольшое видео о работе в представленной программе, которое поможет быстрее понять логику алгоритма и некоторых штатных приемов работы в Excel.

Прошу уважающих труд автора скачивать файл с программой после подписки на анонсы статей в блоке ниже статьи или наверху любой страницы блога.

Ссылка на скачивание файла: teploobmennik-truba-v-trube (xls 111KB)

P. S. (20.10.2019)

Решил попробовать повысить точность вычислений и занялся переработкой алгоритма. В итоге в новый вариант программы внесены следующие изменения:

1. В исходных данных добавился еще один параметр – давление воды ( P_i ). Хотя существенного влияния на теплофизические параметры воды давление не оказывает, но всё же…

2. Средняя температура воды в трубах ( t_i ) вычисляется по уточненному алгоритму. Для потока, в котором температура воды изменяется меньше, она определяется как среднеарифметическая: t_i =( t_iвх + t_iвых )/2. Для потока, в котором температура от входа до выхода изменяется больше, средняя температура определяется как сумма или разность среднеарифметической температуры другого потока и среднелогарифмического напора: t_j = t_i ± Δt_ср .

3. Теплофизические параметры воды – плотность ( ρ_i ), коэффициент кинематической вязкости ( ν_i ), коэффициент теплопроводности ( λ_i ), критерий Прандтля ( Pr_i ), изменяющиеся от температуры и давления, теперь определяются с помощью пользовательских функций Полковова Вячеслава Леонидовича с более высокой точностью.

4. Попытался расширить диапазон применения программы. К турбулентному режиму ( Re >10000) добавил переходный режим течения (2300< Re <10000). При этом столкнулся с отсутствием относительно точных формул для этого режима течения жидкости по трубам.

Важнейший критерий Нуссельта ( Nu ), необходимый для определения коэффициента теплоотдачи ( α ), вычисляется по нижеприведенным формулам, которые были выбраны после долгого и тщательного анализа существующих критериальных зависимостей, предложенных Михеевым М.А., Исаченко В.П., Кутателадзе С.С., Петуховым Б.С., В. Гниелински. Так как в расчетах никак не учитывается шероховатость поверхностей труб и степень их загрязненности, то предпочтение было отдано выражениям, которые выдают при прочих равных меньшие значения критерия Нуссельта.

Для потока воды в круглом сечении внутренней трубы:

К₀₁ =-0,002*( Re₁ /1000) 4 +0,0633*( Re₁ /1000) 3 -0,854*( Re₁ /1000) 2 +8,7529*( Re₁ /1000) -12,639

Для потока воды в кольцевом сечении межтрубного пространства:

Определяющим размером для кругового сечения является диаметр d₁ , для кольцевого сечения – эквивалентный диаметр d_экв = d₂ - D₁ . Определяющая температура – средняя температура потока t_i .

5. Расчет теплопередачи выполнен по формулам для цилиндрической стенки без упрощений, примененных ранее, где использовались зависимости для плоской стенки.

Линейный коэффициент теплопередачи ( K_L ) вычисляется по формуле:

Линейная плотность теплового потока ( q_L ):

6. Расчетная длина нагревателя ( L ):

L = N / q_L

Температуры поверхностей стенок ( t_стi ), как и ранее, определяются шестью итерациями, чего более чем достаточно для обеспечения абсолютной точности вычислений.

Четыре важных замечания:

1. При проектировании теплообменников переходного режима течения жидкостей следует, все-таки, стремиться избегать по причине низкого значения коэффициента теплоотдачи ( α_i ) и значительной погрешности существующих методик расчетов.

2. По данным открытых источников расхождение результатов экспериментов и расчетов по примененным в новой версии программы формулам находится в весьма широких пределах ±20%.

3. На скриншотах в основной статье и в P. S. показаны примеры расчетов с одинаковыми исходными данными. Расчетная длина нагревателя, полученная по старой программе, на 25% меньше, чем по обновленной версии! Это обусловлено в первую очередь тем, что для потока в кольцевом сечении при переходном режиме была не совсем правомерно применена формула для турбулентного течения.

4. Программа тестировалась на примере задачи 12-2 из Задачника по теплопередаче (Краснощеков Е.А., Сукомел А.С., 1980, стр. 219-222). Расхождение результатов — расчетных длин — 1,2%. При этом в Задачнике расчет выполнен по упрощенным формулам и без итераций.

Ссылка на скачивание файла с обновленной программой:

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

58 комментариев на «Теплообменник «труба в трубе»»

Александр 29 Фев 2016 00:06

Александр, огромное спасибо за Ваши расчетные программы — очень, очень удобны и помогают.

Замечательно. Но к сожалению такие простые схемы теплообмена не имеют практического применения в теплообменных аппаратах. Используются многотрубные или аппараты со спирале-витыми одиночными трубами или в пучках.

Да, этот расчет не для серьезного «промышленного проектирования», а для быстрой оценки возможностей простых теплообменников в единичном «кустарном производстве», в быту и для студентов.

Расчет новых совершенных промышленных теплообменных аппаратов — узкая тема, требующая часто индивидуальных решений.

Не плохо бы оценить подобный способ подогрева , но уже уличного воздуха от батареи центрального отопления. Хотелось бы оценить зависимость воздушного потока от теплоотдачи батареи и сколько времени должен работать вентилятор. Сейчас у многих стоят пластиковые окна и лишний жар — просто бич для здоровья. Конечно можно правильно рассчитать радиаторы , но если уже стоят. Совсем будет отлично получить от вас рекомендации о наилучшей конструкции теплообменника для смешивания двух потоков — уличного и комнатного ( циркулирующего ) потоков. чтобы не ледяной воздух в комнату впускать. Циркулирующий поток комнатного воздуха должен быть в 3-4 раза больше уличного потока. как вот лучше обеспечить эффективное смешивание потоков ? Нужен ли теплоаккумулятор в виде ребристой решётки ?

Кстати , спасибо , поднаучился у вас некоторым хитрым приёмам работы в EXCEL.

Не пойму, Николай, зачем использовать дорогой в эксплуатации ЭЛЕКТРОкалорифер, если у Вас избыток тепла от приборов отопления? Или Вы так нашли наиболее дешевое решение по исправлению ошибок, допущенных при проектировании и строительстве.

Воздух водой охлаждать эффективно ровно на столько — на сколько эффективно воздух водой нагревать (почти все системы отопления зданий). Не понял «таблицу по охлаждению». Что за температуры она показывает?

Избыток тепла бывает только в морозы -20С. -25С. просто духота. а потом начинается экономия энергоносителей.

Не совсем согласен на счёт сравнения охлаждения и нагревания водой воздуха в данном случае только потому , что при нагреве постоянно поступают каллории , а при охлаждении ( кстати уточняю — в аппарате что я видел в интернете используется замкнутый оборот небольшого объёма воды которую распыляют на фильтр-решётку , фильтруют. и вроде бы нет никакой фреоновой системы , а иначе зачем что то изобретать новое ) этим методом вода отбирает тепло , но скорее аккумулирует его и не так эффективно рассеивает особенно в жару. только за счёт испарения.

А в таблице , я так понял , указаны температуры уже охлаждённого воздуха , которые можно достичь при конкретной уличной температуре и соответственно при определённой влажности воздуха.

Вот я и думаю , что в сезон наиболее жаркого отопления не стоит вообще включать калорифер. Но в остальные периоды не плохо бы. Не в сезон отопления ( осень , весна ) , когда температура не ниже -5С. 15С. калорифер в самый раз. А его дороговизна зависит от объёмов пропускаемого воздуха. если скромно и рационально , то не думаю что разорительно будет. Конечно за удобство нужно и платить. Я вот сравниваю. когда у нас стояли деревянные рамы со щелями. жизненной энергии было больше. Кстати стоит вспомнить опыты Чижевского А.Л. снижение заряда ионов кислорода тоже даром не проходит. Он ставил опыт на здоровых мышах в герметичной камере подавая туда отфильтрованный воздух через толстый слой ваты. Итог — смерть через 2 недели от нервного истощения.

В общем я хотел узнать на сколько эффективно охлаждать воздух за счёт испарения воды. а не циркуляцией воды. А главное как долго будет сохраняться эффект охлаждения , при возможном росте влажности воздуха. Хотя пишут , что не растёт влажность и о гигрометрах можно забыть. но испарение происходит.

Градирню приходилось считать и эксплуатировать, но в ней вода охлаждалась продувкой воздуха (воздух, соответственно, нагревался и выбрасывался). На вопрос — на сколько эффективно? — я не знаю как отвечать. Отвечу, как спросили: эффективно!

Трудно что-то толковое написать Вам, не зная о чем идет речь — о квартире, доме, цехе, магазине.

Если жара у Вас в морозы, то значит не правильно настроен тепловой узел — слишком крутой график температуры теплоносителя. И надо устранять причину, а не бороться с последствиями.

Если охлаждать воду в градирне не в жаркие периоды , то тут без сомнений. Речь шла о квартире , был бы магазин — был бы и кондиционер. без вопросов. Конечно проще правильно выбрать радиатор , но график отопления не я составляю. И энергоносители не я экономлю. Так что борьба больше не с последствиями , а с мудрецами-чиновниками. Да и вообще вне сезон отопления тоже надо вентилировать без холодных сквозняков. И тут вовсе не нужно гонять сотнями кубометры , достаточно обеспечить минимум воздухообмена. Это лучше чем наглухо закрытые окна или их частое открытие-закрытие. Зачем эта суета , если можно всё доверить автоматике.

Мне понравилась идея с промывкой воздуха. Живой воздух не выдаст ни один кондиционер. А пыли ужасно много стало в воздухе и машин много на дорогах. соответственно и смога тоже. Летом , стоит только открыть окна на застекленном балконе — все подоконники покрываются через несколько дней слоем земельно-песчаной пыли. Так что я уверен не одна лишь пыльца с цветов виновата в аллергии.

Да, идея промывки воздуха водой, я думаю, интересна и перспективна. Собирался приобрести пылесос, работающий по похожей схеме. Но массово доступные модели, появившиеся в начале «нулевых», почему-то исчезли с прилавков магазинов.

Ну и хорошо что не купили. ) Воздух нужно чистить круглосуточно. а не раз в неделю. Пыль летит и от тряпок и с улицы. Покупайте мойку воздуха. Или соорудите собственными силами. конструкция то примитивная в принципе. Фонтан — тоже неплохая альтернатива мойке воздуха.

Вот интересно , чтобы нагреть ( или охладить ) определённый объём воздуха с Т1 до Т2 ( и наоборот с Т2 до Т1 ) , нужно затратить одну и туже мощность нагревателя ( охладителя ). Или есть некоторая разница ? Можно ли рассчитать мощность кондиционера по формуле тепловентилятора ?

Судя по характеристикам устройств ( тепловая пушка и кондиционер ) . КПД у них разные. Тепловая пушка потребляет. пусть 3 кВт и отдаёт примерно столько же. А кондиционер потребляет 2,8 кВт , а отбирает 5,275 кВт.

В общем то КПД на расчёт мощности повлиять не должен. это показатель производительности всё же.

Чтобы нагреть (или охладить) определённый объём воздуха В ИЗОЛИРОВАННОЙ СИСТЕМЕ с Т1 до Т2 (и наоборот с Т2 до Т1), нужно затратить не МОЩНОСТЬ нагревателя (охладителя), а одно и то же КОЛИЧЕСТВО ЭНЕРГИИ подать или забрать (при отсутствии потерь, т.е. КПД=1)! Мощность определяет лишь время этого процесса.

Спасибо Александр ! Да , в Джоулях более грамотно. Значит нужно не гнаться за Мощностями , а улучшать теплоизоляцию. как и в случае с электроотоплением. А квадратные метры предела охлаждения , тоже маркетинговая уловка.

У кондиционеров скорее главный предел находится на улице , т.е. предельная температура воздуха при которой нарушается теплоотдача. И он не зависит от мощности.

хочу приобрести программу расчета водоподогревателя туба в трубе

Хотел быстренько прикинуть ориентировочную длину Т.О. при следующих параметрах(охладть): Один контур 600С а на выходе 40-50С. А другой контру на входе 10С, на выходе уже сколько получится( но желательно тоже дойти до 600С). ДЛина нужна была. Расчет не выдал результаты. Что я не так сделал?

Представленный в статье расчет ведется для воды при небольших избыточных давлениях. При средней температуре воды в любом из контуров выше

+108C критерий Прандтля для воды, вычисляемый по эмпирической формуле, становится отрицательным, чего быть не должно. А далее в другой эмпирической формуле для критерия Нуссельта это отрицательное число Excel должен возвести в дробную степень, чего по законам математики делать нельзя.

Еще раз: расчет предназначен для ВОДЫ со средней температурой не более +108С. Для других жидкостей при других температурах должны быть применены другие формулы для всех критериев, вязкости и теплопроводности.

Александр, при такой же схеме компоновки прямотока но использование в качестве нагревателя электро тэн. Расчет останется прежним? Тоесть мы просто приравниваем первую часть формулы к константе температуры.

Дмитрий, я не понял Ваш вопрос. Напишите подробней.

Я имел в виду конструкцию прямоточного водонагревателя.

С той лишь разницей, что в вашем случае тепло передается от теплоносителя во внутреннем кожухе среде заключенной между внешним и внутренним кожухами. А в моем вопросе я имел в виду когда внутренний конструкцию заменяет электротэн и среда нагревается от накала спирали.

То есть расчет площади соприкосновения электротэна.

Поскольку величина нагрева тэна постоянная да и температура гораздо выше.

Нет, Дмитрий, для вашего случая этот расчет не годится. Количество тепловой энергии, идущей от нихрома через наполнитель и стенку трубки тэна зависит от параметров среды, в которую тэн помещен. Температура наружной поверхности трубки тэна — величина отнюдь не постоянная!

В вашем случае можно сделать простой расчет по равенству мощностей подводимой и отводимой.

Смотрите расчеты проточного бытового электрического водонагревателя.

Спасибо за разъяснение.

У вас есть такие примеры расчетов или можно заказать такой расчет?

Смысл расчета подробно изложен с примером у меня здесь.

Если хотите, можете заказать такой расчет. Пришлите более подробное описание того, что мастерите.

Доброго времени суток! Александр, огромное Вам спасибо за проделанную Вами работу. У меня есть вопрос по критерию Прандтля. Как я понимаю, Вы взяли приближенную формулу для воды. Для стенки используете ее же. На сколько это справедливо и корректно?

Заранее спасибо за ответ!

С уважением, Александр.

Да, критерий Прандтля считается в программе по приближенной формуле более-менее справедливой для диапазона температуры воды 40 — 80 градусов Цельсия («с натяжкой»: 20 — 100). Следует, конечно, заменить её на более точную /программа была написана еще в «доинтернетовскую эпоху» при дефиците справочной информации/.

Что касается вопроса — почему эта же формула используется для стенки? Не для стенки. Критерий Прандтля — критерий подобия в процессе теплообмена газов и жидкостей. В нашем случае среда одна — вода. Точная формулировка — не «число Прандтля для стенки», а «критерий Прандтля для воды при температуре стенки . градусов».

Спасибо Вам за разъяснение. В качестве благодарности, высылаю формулу для Excel для вычисления Прандтля для воды 0-200 С (состоит из двух формул и более точно вычисляет критерий) может пригодится кому-то еще.

С3 — ячейка с температурой. Если Вас не затруднит, подскажите, на сколько отличаются расчеты для теплообменника труба в трубе в трубе, где греющая жидкость проходит в наибольшем и наименьшем диаметре, а нагреваемая, между ними. может у Вас есть ссылка, где можно что-то почитать об этом расчете. Спасибо Вам!

Спасибо за аппроксимирующую таблицу формулу.

По вопросу другой схемы теплообменника:

все формулы те же, только теплообмен идет через 2 стенки. Нужно задать новый перечень исходных данных, написать уравнения теплового баланса с новыми граничными условиями и решить их.

Посмотрите книгу А.И. Пеховича и В.М. Жидких Расчеты теплового режима твердых тел. Там есть ответы на все вопросы, но разобраться и понять совсем не просто.

Александр, могли бы ли Вы создать подобную программу с другими начальными условиями? Если у Вас есть такая возможность и желание, договорится о подробностях можно по почте.

Создать такую программу — это безусловно достижение. Простая и очень удобная программа для всех, кто работает в области теплотехники и теплоснабжения, а также студентов, инженеров и научных работников. Низкий поклон Вам Александр Васильевич!

Спасибо за высокую оценку моего труда, Гасан Басирович.

Спасибо за калькулятор, тока не понял как сделать греющюю воду снаружи, а нагреваемую во внутренней трубе?

Не стоит делать греющую воду снаружи.

Спасибо, очень удобно пользоваться программой. А почему не стоит греющюю воду снаружи, а нагреваемую во внутренней трубе?

Средняя температура греющей воды больше, чем средняя температура нагреваемой. Тепловой поток потерь через наружную трубу в окружающее пространство при прочих равных зависит от разницы температур наружной поверхности теплообменника и температуры окружающей среды. В каком случае потери тепла будут больше?

Расчет теплообменника для охлаждения битума можно заказать?

Я не занимаюсь сейчас этой темой.

Александр, а можно заказать расчет похожий на ваш экселевский, но когда неизвестны некоторые входные данные? У нас нужно нагревать раствор воды с солью во время эндотермической реакции. Мощность охлаждения известна. Поможете?

Сергей, пришлите исходные данные и условия задачи. Тогда будет понятно — смогу помочь или нет.

Здравствуйте, Александр! В формуле 20 определение альфа холодной воды разве разность диаметров между внешней и внутренней трубами не следует делить пополам? Ведь расстояние между внешней и внутренней трубами вдвое меньше разности их диаметров. Если это действительно так, то коэффициент теплоотдачи альфа 2 должен получаться вдвое больше, чем указано в формуле 20. То же самое в формуле 17 для числа Рейнольдса 2. Пожалуйста, ответьте.

Я сейчас делаю срочные расчеты и мне нельзя ошибиться. Заранее благодарю. Вячеслав. 26.06.19.

Кроме того, формула 21 коэффициента теплопередачи приведена как для плоской стенки, но ведь в действительности там цилиндрическая геометрия. В знаменатель формулы для цилиндрической геометрии входит логарифм отношения диаметров и произведения коэффициентов теплоотдачи на соответствующий диаметр.

Жду ответа. Вячеслав. 26.06.19.

По формулам 17 и 20: не следует делить. Это эквивалентный диаметр кольцевого сечения dэ=d2-D1.

По формуле 21: при D1/d1<1,5. 2,0 допускается пользоваться формулой для плоской стенки, так как погрешность в таком случае по данным разных авторов не превышает 2. 3%.

Первоисточник выслал Вам на почту.

А можно ли с помощью этого файла сделать расчет для греющей наружной? Сильно ли влияет на расчет где греющая и где нагреваемая жидкости?

Мне важно чтобы труба нагреваемой жидкости была доступна для чистки.

И как можно посчитать насколько простые завихрители в межтрубном пространстве(например спирально намотанная на внутреннюю трубу проволока) и во внутренней трубе (например спирально скрученная пластинка или «пружина») влияют на КПД теплообменника?

Можно попробовать, считая, что вода по внутренней трубе нагревает со знаком «минус» (т.е. охлаждает) воду в кольцевом канале. При этом наружная теплоизоляция полностью блокирует теплопотери. Алгоритм расчетов желательно, все-таки, пересмотреть детально.

Завихрители увеличивают гидравлическое сопротивление, но улучшают теплообмен. Как посчитать «на сколько» я не знаю. Обычно это определяется в результате многочисленных опытов, хотя есть, наверное, сложные программы моделирования процесса.

Можно эту программу перестроить под другие потоки? )) пар по межтрубке, а гексан по трубе ? )

Перестроить — это написать заново. Нужно все формулы для воды заменить на соответствующие для пара и гексана. У меня этих формул нет.

Испытание теплообменника типа «Труба в трубе».

1.1 Экспериментальное определение коэффициента теплопередачи К_а , Вт/(м²К).

1.2 Аналитическое определение коэффициента теплопередачи К_а , Вт/(м²К).

1.3 Определение потерь тепла в окружающую среду — Q_пот Вт .

2.Описание экспериментальной установки.

Рис. 1. Схема лабораторной установки.

1.Теплообменник типа «труба в трубе».

2.Мерник холодной воды.

3.Сборник холодной воды.

4.Насос холодной воды.

5.Насос горячей воды.

6.Сборник горячей воды с ТЭНом.

7.Мерник горячей воды.

8.Термометры.

– 1.2х — холодная вода

– 1.2г — горячая вода.

3.Методика проведения работы.

Время замеров (мин)

4.Обработка опытных данных.

4.1Определяем средние температуры холодной и горячей воды

где t _хср н и t_хср к — соответственно начальная и конечная температура холодной воды,

t _гср н и t_гср к - соответственно начальная и конечная температура горячей воды,

4.2 Определяем исходные объемы горячей и холодной воды

где G_{г общ} и G_{х общ} — соответственно массовые расходы горячей и холодной воды.

4.3 Определяем тепловые нагрузки:

а) при охлаждении горячей воды

с_г — теплоемкость горячей воды определяем по t _гср=. °C, по табл. 2 [3,с. 141] или табл.3 [2, с. 127], с_г =. Дж/(кгК),

б) при нагревании холодной воды

с_х — теплоемкость холодной воды определяем по ее средней температуре t _хср =. °C по табл. 2 [3, с. 141], с_х =Дж/(кгК).

Воспользуемся графиком, построенным в масштабе (см.рис. 2).

Из графика (рис.2) видно, что отношение

если это отношение <2, то средняя разность температур определяется как среднее арифметическое, т.е

если же это отношение —— >2, то средняя разность

температур определяется как логарифмическое, т.е

4.5 Определяем экспериментальное значение коэффициента теплопередачи

где Q_г и Q_х — количество тепла, Вт,

F — заданная поверхность теплопередачи теплообменника, F= 0,16 м².

5.определяем коэффициент теплопередачи аналитическим путем.

5.1Определяем среднюю температуру стенки теплопередающей

5.2Определяем теплофизические свойства воды при

по табл. 2 [3, с. 141] и числовые их значения

Заносим их в табл. 2.

5.3Определяем скорости движения теплообменивающихся сред:

где d_{вн —} внутренний диаметр внутренней трубы, d_вн=0,012 м,

V_{г —} объем секундный горячей воды, V_г=. м³/с

б) холодной воды

где Д_{вн —} внутренний диаметр внешней трубы, Д_вн=0,026 м,

d_{н —} наружный диаметр внутренней трубы, d_н =0,018 м,

V_{х —} секундный объем холодной воды, V_х =. м³/с.

5.4 Рассчитываем критерий Рейнольдса

а) для горячей воды

б) для холодной воды

где d_экв — эквивалентный диаметр межтрубного пространства, d_экв = Д_вн- d_н =. м,

5.5Рассчитываем критерий Нуссельта, подобрав необходимую формулу в зависимости от режима движений горячей воды по внутренней трубе [1, с. 109], [2, с. 52].

– если Re_г<2320, то режим движения ламинарный и расчетное критериальное уравнение для определения критерия Нуссельта будет иметь вид

q — ускорение свободного падения, q=9,81 м/с²,

d_вн — внутренний диаметр для горячей воды, d_вн = . м,

Если же значение Re_г>10000, то режим движения турбулентный и расчетное критериальное уравнение для определения критерия Нуссельта будет иметь вид

Если же значение 2320<Re<10000, то режим движения переходный и расчетное уравнение будет иметь вид

5.6 Рассчитываем коэффициент теплоотдачи от горячей воды к стенке теплопередающей внутренней трубы

5.7Для кольцевого канала

5.8Коэффициент теплоотдачи от стенки к холодной воде

5.9Рассчитываем коэффициент теплопередачи аналитическим путем 1

Результаты расчетов сводим в табл.3.

Сравниваем значение коэффициентов теплопередачи рассчитанные экспериментально и аналитически.

6.Определяем потери тепла в окружающую среду

7.Литература.

7.1В.Н.Стабников, В.И. Баранцев «Процессы и аппараты пищевых производств»,-М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982,с. 327.

7.2В.И.Баранцев «Сборник задач по процессам и аппаратам пищевых производств»,-М.: Агропромиздат, 1985, с. 137.

7.3 С.М.Гребенюк «Лабораторный практикум по процессам и аппаратам пищевых производств»,-М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981, с. 151.

8.Вопросы для самопроверки.

8.1Теплопередача, способы, законы, движущая сила.

8.2Основное уравнение теплопередачи, расшифровка, характеристика.

8.4 Теплообменники, их типы, устройство, действие, расчет.

8.5Теплоносители и хладосистемы, их характеристика.

8.6Глухой и острый обогрев, их сравнительная характеристика.

8.7Нагревание, охлаждение, пастеризация, стерилизация, их характеристика, цель.

Читайте также:

  
• Отопление в бассейне частного дома
  
• На что обратить внимание при ремонте ванной комнаты и туалета
  
• Дизайн ванной комнаты в стиле ретро
  
• Что такое воздушные колодцы
  
• Покрытие ванны акрилом лысьва