Hlavní podmínkou stabilního a efektivního provozu teplosměnného systému je výběr teplosměnných jednotek s přihlédnutím k přesné shodě se specifickými provozními a technickými požadavky. Klíčovým faktorem pro takový výběr je výpočet plochy výměníku tepla.
Samozřejmostí jsou určité standardy s univerzálními parametry, podle kterých si můžete vybrat vybavení pro vaše zařízení. Mnohdy se však v této oblasti individuální přístup více než vyplatí. Provádění měření a výpočtů na základě konkrétních dat vám umožní získat maximální užitek ze systému výměny tepla. Kromě toho jsou takové výpočty prostě nezbytné, pokud mluvíme o práci podle technických specifikací s přísně určenými parametry.
Metoda výpočtu výměníku tepla zahrnuje několik fází.
Stanovení množství tepla
Rovnice přenosu tepla používaná pro jednotky času a procesů v ustáleném stavu je následující:
- K je hodnota součinitele prostupu tepla (vyjádřená ve W/(m2/K));
- tav je průměrný teplotní rozdíl mezi různými chladicími kapalinami (hodnota může být uvedena jak ve stupních Celsia (0C), tak v kelvinech (K));
- F je hodnota plochy povrchu, pro kterou dochází k výměně tepla (hodnota je uvedena v m2).
Rovnice nám umožňuje popsat proces, během kterého dochází k přenosu tepla mezi chladicími kapalinami (z horkého do studeného). Rovnice bere v úvahu:
- přenos tepla z chladicí kapaliny (horké) na stěnu;
- parametry tepelné vodivosti stěn;
- přenos tepla ze stěny do chladicí kapaliny (chlad).
Stanovení součinitele prostupu tepla
Pro předběžné výpočty zařízení pro výměnu tepla a různé typy kontrol se používají přibližné hodnoty koeficientů, standardizované pro určité kategorie:
- součinitele prostupu tepla pro proces kondenzace vodní páry – od 4000 do 15000 W/(m2K);
- koeficienty prostupu tepla pro vodu pohybující se potrubím – od 1200 do 5800 W/(m2K);
- koeficienty prostupu tepla z parního kondenzátu do vody – od 800 do 3500 W/(m2K).
Přesný výpočet součinitele prostupu tepla (K) se provádí pomocí následujícího vzorce:
- α1 je součinitel prostupu tepla pro topnou kapalinu (vyjádřený ve W/(m2K));
- α2 je součinitel prostupu tepla pro ohřátou chladicí kapalinu (vyjádřený ve W/(m2K));
- δst – parametr tloušťky stěny potrubí (vyjádřený v metrech);
- λst je součinitel tepelné vodivosti materiálu použitého na trubku (vyjádřený ve W/(m*K)).
Tento vzorec dává „ideální“ výsledek, který obvykle 100 % neodpovídá skutečnému stavu věcí. Proto je do vzorce přidán ještě jeden parametr – Rzag.
Jedná se o indikátor tepelného odporu různých nečistot, které se tvoří na topných plochách potrubí (tj. obyčejný vodní kámen atd.)
Vzorec pro indikátor znečištění vypadá takto:
- δ1 je tloušťka usazené vrstvy na vnitřní straně trubky (v metrech);
- δ2 je tloušťka usazené vrstvy na vnější straně potrubí (v metrech);
- λ1 a λ2 jsou hodnoty součinitelů tepelné vodivosti pro odpovídající vrstvy znečištění (vyjádřené ve W/(m*K)).
Metoda výpočtu výměníku tepla (plocha)
Máme tedy vypočítané parametry, jako je množství tepla (Q) a součinitel prostupu tepla (K). Pro konečný výpočet budete navíc potřebovat rozdíl teplot (tav) a součinitel prostupu tepla.
Konečný vzorec pro výpočet deskového výměníku tepla (plocha povrchu pro přenos tepla) vypadá takto:
- hodnoty Q a K jsou popsány výše;
- hodnota tav (průměrný teplotní rozdíl) se získá pomocí vzorce (aritmetický průměr nebo logaritmický průměr);
- koeficienty prostupu tepla se získávají dvěma způsoby: buď pomocí empirických vzorců, nebo prostřednictvím Nusseltova čísla (Nu) pomocí rovnic podobnosti.
Moskva, sv. Suzdalskaya, 10, budova 2
+ 7 (495) 961-25-10; + 7 (977) 805-31-51
office@pto-service.com
Petrohrad, sv. Murzinskaja, 11,
lit. A, kancelář 403-1
+ 7 (812) 980-73-73; + 7 (981) 710-91-00
olga@pto-service.com
