Izvēloties plākšņu siltummaini, daudzi klienti galvenokārt koncentrējas uz pirkuma cenu. Tomēr plākšņu siltummaiņa kvalitāti un izmaksas lielā mērā nosaka vairāki galvenie faktori, tostarp plākšņu materiāls, konstrukcijas dizains, siltuma pārneses laukums un nepieciešamā siltuma nodeva.
Šis raksts sniedz praktisku pārskatu par plākšņu siltummaiņa izmēru aprēķiniem un iepazīstina ar divām plaši izmantotām projektēšanas metodēm: vidējās temperatūras starpības (LMTD) metodi un pārneses vienību skaita (NTU) metodi.
Lai gan katram lietojumam ir unikāli darbības apstākļi, tālāk sniegtā informācija ir noderīgs sākumpunkts, lai izvēlētos pareizo plākšņu siltummaini.
1. Plākšņu siltummainisIzmēru aprēķini
Siltuma pienākums
Siltuma nodeva attiecas uz siltuma daudzumu, kas siltummainim jāpārved.
Pamatojoties uz procesa apstākļiem, šķidruma plūsmas ātrumu, ieplūdes un izplūdes temperatūru un citiem darbības parametriem, var aprēķināt nepieciešamo siltuma slodzi.
Siltuma pārneses zona
Siltuma pārneses laukums ir viens no svarīgākajiem parametriem, nosakot plākšņu siltummaiņa izmēru.
To aprēķina, pamatojoties uz nepieciešamo siltuma slodzi, šķidruma plūsmas ātrumu, darba temperatūru un siltuma pārneses veiktspēju.
Plākšņu skaits
Plākšņu skaits nosaka pieejamo siltuma pārneses virsmu siltummaiņa iekšpusē.
Kopumā plākšņu skaita palielināšana nodrošina lielāku siltuma pārneses laukumu un uzlabo siltuma veiktspēju.
Tomēr papildu plāksnes palielina arī aprīkojuma izmaksas un spiediena kritumu.
Nepieciešamais plākšņu skaits jānosaka atbilstoši siltuma pārneses laukumam, plākšņu izmēriem un plūsmas apstākļiem.
Modelis un specifikācijas
Pēc galveno dizaina parametru noteikšanas no pieejamā produktu klāsta var izvēlēties atbilstošu modeli.
Izvēloties, jāņem vērā tādi faktori kā:
- Plākšņu materiāls
- Spiediena reitings
- Izturība pret koroziju
- Darba temperatūra
- Procesa prasības
Spiediena kritums
Spiediena kritums attiecas uz spiediena zudumu, kas rodas šķidrumam, ejot cauri siltummainim.
Tas ir atkarīgs no vairākiem faktoriem, tostarp:
- Plūsmas ātrums
- Plākšņu skaits
- Attālums starp plāksnēm
- Plāksnes biezums
Izvēloties plākšņu siltummaini, ir svarīgi pārliecināties, vai aprēķinātais spiediena kritums paliek procesa sistēmas pieļaujamajās robežās.
Kopsavilkums
Precīza izmēra noteikšanas metode vienmēr ir jāpielāgo atbilstoši katra lietojuma īpašajiem darbības apstākļiem.
Papildus termiskajiem aprēķiniem ir jāņem vērā arī uzstādīšanas prasības, apkopes pieejamība un tīrīšanas metodes, lai nodrošinātu uzticamu ilgtermiņa darbību.
Starp dažādām pieejamajām aprēķinu metodēm irLog Mean Temperature Difference (LMTD) metodeunPārsūtīšanas vienību skaita (NTU) metodeir divas visplašāk izmantotās pieejas plākšņu siltummaiņa projektēšanai.
Abas metodes ir balstītas uz siltuma pārneses principiem un spiediena krituma korelācijām.
2. Kas ir vidējās temperatūras starpības (LMTD) metode?
Log Mean Temperature Difference (LMTD) metode ir viena no visbiežāk izmantotajām pieejām plākšņu siltummaiņa siltuma pārneses jaudas aprēķināšanai.
Tās pamatprincips paredz, ka siltuma apmaiņa notiek, pamatojoties uz vidējo temperatūru starpību starp karsto un auksto šķidrumu.
Siltuma pārneses process ir sadalīts vairākās mazās sadaļās.
Katrā sadaļā abu šķidrumu temperatūras ir attēlotas arT₁, T₂, T₃, unT₄.
Katrā sekcijā nodoto siltumu aprēķina individuāli, un kopējo siltuma pārneses ātrumu iegūst, summējot rezultātus.
Tā vietā, lai katrā sadaļā izmantotu faktisko temperatūras starpību, metode izmantolog vidējā temperatūras starpība.
LMTD vienādojums ir:
Kur:
- ΔT₁= Temperatūras starpība vienā siltummaiņa galā
- ΔT₂= Temperatūras starpība otrā galā
- ΔTlm= Piesakieties vidējā temperatūras starpība
Kopējo siltuma pārneses ātrumu aprēķina šādi:
Q=U × A × ∆Tlm
Kur:
- Q= Siltuma pārneses ātrums
- U= Kopējais siltuma pārneses koeficients
- A= Efektīva siltuma pārneses zona
- ΔTlm= Piesakieties vidējā temperatūras starpība
Praktiskā pielietojumā šķidruma temperatūra nepārtraukti mainās pa plūsmas ceļu.
Tāpēc aprēķini jāveic, izmantojot faktiskos darbības apstākļus un atbilstošās vērtībasUunAir jāizvēlas, lai iegūtu precīzus rezultātus.
3. NTU metode plākšņu siltummaiņa projektēšanai
ThePārsūtīšanas vienību skaita (NTU) metodeir vēl viena plaši izmantota pieeja plākšņu siltummaiņa termiskās veiktspējas novērtēšanai.
Atšķirībā no LMTD metodes, NTU metode ir balstīta uz koncepcijuPārsūtīšanas vienību skaits (NTU), bezizmēra parametrs, kas atspoguļo siltummaiņa siltuma pārneses spēju.
NTU ir atkarīgs no tādiem faktoriem kā masas plūsmas ātrums, siltuma jauda un kopējā siltuma pārneses veiktspēja.
1. darbība. Nosakiet siltuma jaudas un šķidruma īpašības
Pamatojoties uz procesa apstākļiem, aprēķiniet:
- Nepieciešamais siltuma nodoklis
- Masas plūsmas ātrums
- Katra šķidruma īpatnējā siltumietilpība
2. solis. Nosakiet siltuma pārneses jaudu
Siltummaiņa siltuma pārneses spēju attēlo:
- Kopējais siltuma pārneses koeficients (U)
- Efektīva siltuma pārneses zona (A)
Kopējais siltuma pārneses koeficients raksturo siltuma pārneses ātrumu starp diviem šķidrumiem uz temperatūras starpības vienību.
3. darbība. Aprēķiniet NTU vērtību
NTU aprēķina, izmantojot:
Kur:
- Cminir abu šķidrumu mazākā siltumietilpība.
4. solis. Aprēķiniet siltummaiņa efektivitāti
Siltummaiņa efektivitāti var novērtēt, izmantojot:
ε=1 - exp(-NTU × (1 - Cr))
Kur:
- ε= Siltummaiņa efektivitāte
- Kr= Siltuma jaudas koeficients, kas definēts kā mazāka siltuma jaudas attiecība pret lielāku siltumietilpību.
5. solis. Aprēķiniet siltuma pārneses ātrumu
Pēc tam siltuma pārneses ātrumu aprēķina šādi:
Q=ε × Cmin × (T1 - T2)
Kur:
- Q= Siltuma pārneses ātrums
- T₁ – T₂= Temperatūras atšķirība starp abu šķidrumu ieplūdes plūsmām.
Piezīmes
NTU metodei ir nepieciešams lielāks ievades parametru skaits nekā LMTD metodei, un aprēķini parasti ir sarežģītāki.
Šī iemesla dēļ precīzi darbības dati ir būtiski, lai nodrošinātu ticamus aprēķinu rezultātus.
Pareizi lietojot, NTU metode nodrošina efektīvu veidu, kā novērtēt plākšņu siltummaiņu siltuma veiktspēju, jo īpaši, ja projektēšanas stadijā nav zināma izplūdes temperatūra.
