Расчет теплообменника

Теплообменники играют ключевую роль в системах отопления, охлаждения и горячего водоснабжения (ГВС). Для обеспечения их эффективной работы требуется правильный расчет, включающий тепловой, гидравлический и конструктивный анализ. В этом руководстве вы найдете все, что нужно знать о расчете пластинчатого, кожухотрубчатого, воздушного и других типов теплообменников.

Зачем нужен расчет теплообменника?

Расчет позволяет:

• Точно определить площадь теплообменника для эффективного теплообмена.
• Подобрать оптимальный тип оборудования: пластинчатый, кожухотрубчатый или воздушный.
• Рассчитать тепловые потоки для обеспечения стабильной работы системы.
• Снизить эксплуатационные и энергозатраты.
• Гарантировать надежность и долгий срок службы оборудования.

Пример: Если вы выбираете пластинчатый теплообменник для системы отопления или горячего водоснабжения, неверный расчет тепловой мощности может привести к недостаточному нагреву или перегрузке оборудования.

Данные для расчета теплообменника

Для расчета теплообменника, включая расчет площади и тепловой мощности, необходимо знать:

1. Тип рабочей среды:
   • Вода-вода, фреон-вода, пар-вода, вода-воздух и др.
2. Тепловую нагрузку (Гкал/ч или кВт):
   • Если нагрузка неизвестна, используется массовый или объемный расход среды.
3. Температуры рабочей среды:
   • Входные и выходные температуры по горячему и холодному контурам.
4. Параметры среды:
   • Плотность, вязкость, теплоемкость, теплопроводность.
5. Допустимый температурный напор и гидравлические потери.

Этапы расчета теплообменника

Тепловой расчет

Тепловой расчет включает расчет тепловых потоков и мощности теплообменника. Основные формулы:

• Теплопередача:

  Q=F⋅k⋅Δt
  

  где Q- тепловая мощность, F- площадь теплообменника, k- коэффициент теплопередачи, Δt- температурный напор.

• Тепловой баланс:

  Q=G⋅c⋅(tвх​−tвых​)

  где G- массовый расход, c- удельная теплоемкость.

Расчет температурного напора

Среднелогарифмический температурный напор рассчитывается по формуле:

 

Здесь Δtб​ и Δtм- большая и меньшая разности температур на входе и выходе теплообменника.​

 

Конструктивный расчет

Определяет площадь теплообменника, размеры проходных сечений и компоновку пластин (для пластинчатого теплообменника). Формулы:

• Площадь теплообменника:

  F=Q/(k⋅Δtср​)

• Проходное сечение теплоносителей:

  S=G/(w⋅ρ), где где w- скорость потока, ρ- плотность среды.

Гидравлический расчет теплообменника

ΔP=(λ⋅(l/d)+∑ζ)⋅(ρ⋅w2/2), где λ- коэффициент трения, l- длина трубопровода, d- диаметр трубы, $\zeta$ — местные сопротивления.

Пример расчета теплообменника

Исходные данные:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рассчитываем теплообменник для разных целей

• Расчет теплообменника для ГВС: Учитывайте температуру горячей воды на входе и выходе, а также расход воды в системе.
• Расчет теплообменника фреон-вода: Учтите теплоту конденсации фреона и характеристики охлаждающей воды.
• Расчет теплообменника вода-воздух: Рассчитайте температурный напор и площадь теплообменника с учетом скорости воздушного потока.

Часто задаваемые вопросы

1. Как рассчитать тепловой поток? Используйте формулу: $Q=F\cdot k\cdot \Delta t$.

2. Что такое расчет теплообменника кожухотрубчатого? Это расчет, включающий площадь труб, гидравлические потери и температурный напор для кожухотрубчатого теплообменника.

3. Можно ли самостоятельно выполнить расчет теплообменника? Да, но для сложных систем лучше обратиться к профессионалам.