Rozmenovanie výmenníka tepla trubice je rozhodujúcim krokom pri zabezpečovaní jej optimálneho výkonu pre rôzne priemyselné aplikácie. Ako dodávateľ trubice výmenníka tepla som sa zaoberal mnohými klientmi, ktorí sú často zmätení o tom, ako správne veľkosť týchto základných zariadení. V tomto blogu rozdelím tento proces na jednoduché kroky a podelím sa o niekoľko tipov, ktoré vám pomôžu napraviť.
Pochopenie základov
Predtým, ako sa ponoríme do procesu veľkosti, rýchlo prejdime nad tým, čo je výmenník tepla trubice. V podstate je to zariadenie, ktoré prenáša teplo medzi dvoma tekutmi - jedno, ktoré tečú vo vnútri trubíc a druhé mimo trubíc, v škrupine. Existujú rôzne typy výmenníkov trubice, napríkladVýmenník tepla a trubice,Ponorovaný hadí trubicový výmenník teplaaDvojitý výmenník tepla do dosky. Každý typ má svoje vlastné výhody a je vhodný pre konkrétne aplikácie.
Krok 1: Určite rýchlosť prenosu tepla
Prvá vec, ktorú musíte zistiť, je, koľko tepla je potrebné preniesť. Toto je známe ako rýchlosť prenosu tepla, zvyčajne meraná vo wattoch (W) alebo britských tepelných jednotkách za hodinu (BTU/HR). Na výpočet budete musieť poznať prietokové rýchlosti, špecifické teploty a zmeny teploty dvoch zahrnutých tekutín.
Vzorec pre rýchlosť prenosu tepla (Q) je:
Q = m * cp * Δt
Kde:
- M je hmotnostný prietok tekutiny (kg/s alebo lb/h)
- CP je špecifická tepelná kapacita tekutiny (j/kg · k alebo btu/lb · ° F)
- At je zmena teploty tekutiny (k alebo ° F)
Povedzme napríklad, že máte proces, v ktorom sa voda zahrieva z 20 ° C na 80 ° C pri prietoku 10 kg/s. Špecifická tepelná kapacita vody je približne 4,18 kJ/kg · k. Pomocou vzorca môžeme vypočítať rýchlosť prenosu tepla:
Q = 10 kg/s * 4,18 kJ/kg · k * (80 ° C - 20 ° C)
Q = 10 kg/s * 4,18 kj/kg · k * 60 k
Q = 2508 kJ/s alebo 2508000 w
Krok 2: Vypočítajte logaritmický priemerný teplotný rozdiel (LMTD)
LMTD je miera priemerného teplotného rozdielu medzi dvoma tekutkami po celej dĺžke výmenníka tepla. Je to dôležitý faktor pri určovaní veľkosti výmenníka tepla.
Vzorec pre LMTD je:
LMTD = (AT1 - AT2) / ln (ΔT1 / AT2)
Kde:
- ΔT1 je teplotný rozdiel medzi teplými a studenými tekutina na jednom konci výmenníka tepla
- AT2 je teplotný rozdiel medzi teplými a studenými tekutina na druhom konci výmenníka tepla
Predpokladajme, že horúca tekutina vstupuje do výmenníka tepla pri 100 ° C a listy pri 60 ° C, zatiaľ čo studená tekutina vstupuje pri 20 ° C a listy pri 80 ° C.
ΔT1 = 100 ° C - 20 ° C = 80 ° C
ΔT2 = 60 ° C - 80 ° C = -20 ° C (berieme absolútnu hodnotu, takže Δt2 = 20 ° C)
LMTD = (80 ° C - 20 ° C) / ln (80 ° C / 20 ° C)
LMTD = 60 ° C / ln (4)
LMTD ≈ 43,28 ° C
Krok 3: Určite celkový koeficient prenosu tepla (U)
Celkový koeficient prenosu tepla (U) predstavuje schopnosť výmenníka tepla prenášať teplo. Závisí to od niekoľkých faktorov, ako sú typ tekutín, materiály skúmaviek a škrupiny a tokových podmienok.
Hodnota U je možné získať z literatúry, experimentálnych údajov alebo pomocou korelácií. Napríklad pre výmenník tepla a trubice s vodou na oboch stranách sa hodnota U môže pohybovať od 800 do 1500 W/m² · K.
Krok 4: Vypočítajte oblasť prenosu tepla (A)
Akonáhle budete mať rýchlosť prenosu tepla (Q), LMTD a celkový koeficient prenosu tepla (U), môžete vypočítať požadovanú oblasť prenosu tepla (a) pomocou nasledujúceho vzorca:
A = q / (u * lmtd)
Použitie hodnôt z našich predchádzajúcich príkladov:
A = 2508000 w / (1000 w / m² · k * 43,28 K)
A ≈ 57,95 m²
Krok 5: Vyberte rozmery a konfiguráciu trubice
Teraz, keď poznáte požadovanú oblasť prenosu tepla, musíte zvoliť príslušné rozmery a konfiguráciu trubice. To zahŕňa priemer trubice, dĺžku a počet skúmaviek.
Oblasť prenosu tepla jednej trubice sa môže vypočítať pomocou vzorca:
Stop = π * d * l
Kde:
- D je vonkajší priemer trubice
- L je dĺžka trubice
Povedzme, že si vyberiete trubice s vonkajším priemerom 25 mm (0,025 m) a dĺžkou 3 m. Oblasť prenosu tepla jednej trubice by bola:
Atube = p * 0,025 m * 3 m
ATube ≈ 0,236 m²
Ak chcete nájsť počet požadovaných trubíc, rozdeľte celkovú plochu prenosu tepla do plochy prenosu tepla jednej trubice:
Počet skúmaviek = a / atube
Počet skúmaviek = 57,95 m² / 0,236 m²
Počet skúmaviek ≈ 246
Krok 6: Zvážte ďalšie faktory
Okrem vyššie uvedených výpočtov existujú aj ďalšie faktory, ktoré musíte zvážiť pri veľkosti výmenníka tepla trubice:
- Pokles tlaku: Musíte sa ubezpečiť, že pokles tlaku na výmenníku tepla je v rámci prijateľných limitov. Vysoké tlakové poklesy môžu viesť k zvýšeným nákladom na čerpanie a zníženiu účinnosti systému.
- Zŕzganie: V priebehu času sa môžu usadeniny hromadiť na povrchoch trubice, čím sa zníži účinnosť prenosu tepla. Mali by ste zodpovedať za znečistenie pomocou faktora znečistenia vo svojich výpočtoch.
- Kompatibilita: Materiály skúmaviek a škrupiny musia byť kompatibilné s tekutinami, ktoré sa používajú na zabránenie korózie a iných chemických reakcií.
Záver
Dimenzovanie výmenníka tepla trubice je zložitý proces, ktorý si vyžaduje dôkladné zváženie rôznych faktorov. Podľa krokov uvedených v tomto blogu si môžete zabezpečiť, aby ste pre svoju aplikáciu vybrali správny výmenník tepla.
Ak si stále nie ste istí, ako veľkosť trubice tepla alebo potrebujete pomoc pri výbere správneho typu pre vaše potreby, neváhajte a oslovte. Ako dodávateľ výmenníka tepla trubice mám odborné znalosti a skúsenosti, ktoré vám pomôžu pri najlepšom rozhodnutí. Kontaktujte nás a prediskutujte svoje požiadavky a začnite proces obstarávania.
Odkazy
- Incropera, FP, DeWitt, DP, Bergman, TL a Lavine, AS (2007). Základy prenosu tepla a hmoty. John Wiley & Sons.
- Shah, RK, & Sekulic, DP (2003). Základy dizajnu výmenníka tepla. John Wiley & Sons.
