Оразмеряването на топлообменника на тръбата е решаваща стъпка за осигуряване на оптималните му показатели за различни индустриални приложения. Като доставчик на топлообменник на тръбата, аз се занимавах с много клиенти, които често са объркани как да оразмерят правилно тези основни части от оборудването. В този блог ще разбия процеса на прости стъпки и ще споделя няколко съвета, за да ви помогна да го оправите.
Разбиране на основите
Преди да се потопим в процеса на оразмеряване, нека бързо да разгледаме какъв е топлообменникът на тръбата. По същество това е устройство, което прехвърля топлина между две течности - едната течаща вътре в тръбите, а другата извън тръбите, в черупката. Има различни видове топлообменници на тръбите, катоТоплообменник тип черупка и тръба,Потопена змийска тръба тип топлообменникиТоплообменник с двойна тръба. Всеки тип има свои предимства и е подходящ за конкретни приложения.
Стъпка 1: Определете скоростта на топлопреминаване
Първото нещо, което трябва да разберете, е колко топлина трябва да бъде прехвърлена. Това е известно като скорост на топлопреминаване, обикновено измерено във вата (W) или британски топлинни единици на час (BTU/HR). За да изчислите това, ще трябва да знаете скоростите на потока, специфичните топли и температурните промени на двете течности.
Формулата за скорост на топлопреминаване (q) е:
Q = m * cp * Δt
Къде:
- M е масовият дебит на течността (kg/s или lb/hr)
- CP е специфичният топлинен капацитет на течността (J/kg · k или btu/lb · ° F)
- ΔT е промяна на температурата на течността (k или ° F)
Например, да кажем, че имате процес, при който водата се нагрява от 20 ° C до 80 ° C при скорост на потока от 10 kg/s. Специфичният топлинен капацитет на водата е приблизително 4,18 kJ/kg · k. Използвайки формулата, можем да изчислим скоростта на пренос на топлина:
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 или 2508000 W
Стъпка 2: Изчислете логаритмичната средна разлика в температурата (LMTD)
LMTD е мярка за средната температурна разлика между двете течности над дължината на топлообменника. Това е важен фактор за определяне на размера на топлообменника.
Формулата за LMTD е:
Lmtd = (ΔT1 - ΔT2) / ln (ΔT1 / ΔT2)
Къде:
- ΔT1 е температурната разлика между горещите и студените течности в единия край на топлообменника
- ΔT2 е температурната разлика между горещите и студените течности в другия край на топлообменника
Да приемем, че горещата течност влиза в топлообменника при 100 ° С и оставя при 60 ° С, докато студената течност влиза при 20 ° С и оставя при 80 ° С.
ΔT1 = 100 ° C - 20 ° C = 80 ° C
ΔT2 = 60 ° C - 80 ° C = -20 ° C (приемаме абсолютната стойност, така че ΔT2 = 20 ° C)
LMTD = (80 ° C - 20 ° C) / LN (80 ° C / 20 ° C)
LMTD = 60 ° C / LN (4)
LMTD ≈ 43.28 ° C.
Стъпка 3: Определете общия коефициент на пренос на топлина (U)
Общият коефициент на пренос на топлина (U) представлява способността на топлообменника да прехвърля топлина. Зависи от няколко фактора, като вида на течностите, материалите на тръбите и черупката и условията на потока.
Стойността на u може да бъде получена от литература, експериментални данни или чрез използване на корелации. Например, за топлообменник с черупка и тръба с вода от двете страни, стойността на U може да варира от 800 до 1500 W/m² · k.
Стъпка 4: Изчислете зоната за пренос на топлина (a)
След като имате скорост на пренос на топлина (Q), LMTD и общият коефициент на топлопреминаване (U), можете да изчислите необходимата площ за пренос на топлина (а), като използвате следната формула:
A = q / (u * lmtd)
Използване на стойностите от предишните ни примери:
A = 2508000 w / (1000 w / m² · k * 43.28 k)
A ≈ 57,95 m²
Стъпка 5: Изберете размерите и конфигурацията на тръбата
Сега, когато знаете необходимата зона за пренос на топлина, трябва да изберете подходящите размери и конфигурация на тръбата. Това включва диаметъра на тръбата, дължината и броя на тръбите.
Площта на топлопреминаване на една тръба може да бъде изчислена с помощта на формулата:
Stop = π * d * l
Къде:
- D е външният диаметър на тръбата
- L е дължината на тръбата
Да речем, че избирате тръби с външен диаметър 25 mm (0,025 m) и дължина 3 m. Площта за пренос на топлина на една тръба би била:
Atube = p * 0,025 m * 3 m
Atube ≈ 0,236 m²
За да намерите необходимия брой тръби, разделете общата площ за пренос на топлина на площта на топлопреминаването на една тръба:
Брой тръби = A / Atube
Брой тръби = 57,95 м² / 0,236 м²
Брой тръби ≈ 246
Стъпка 6: Помислете за други фактори
В допълнение към изчисленията по -горе, има и други фактори, които трябва да вземете предвид, когато оразмерите топлообменника на тръбата:
- Спад на налягането: Трябва да се уверите, че спадът на налягането през топлообменника е в приемливи граници. Спадът с високо налягане може да доведе до увеличени разходи за изпомпване и намалена ефективност на системата.
- Замърсяване: С течение на времето отлаганията могат да се натрупат върху повърхностите на тръбата, намалявайки ефективността на топлопреминаването. Трябва да отчетете замърсяване, като използвате фактор за замърсяване при вашите изчисления.
- Материална съвместимост: Материалите на тръбите и черупката трябва да са съвместими с течностите, които се използват за предотвратяване на корозия и други химични реакции.
Заключение
Оразмеряването на топлообменника на тръбата е сложен процес, който изисква внимателно разглеждане на различни фактори. Следвайки стъпките, очертани в този блог, можете да се уверите, че ще изберете топлообменника с подходящ размер за вашето приложение.
Ако все още не сте сигурни как да оразмерите топлообменника на тръбата или се нуждаете от помощ за избор на правилния тип за вашите нужди, не се колебайте да достигнете. Като доставчик на топлообменник на тръбата имам опит и опит, който да ви помогна да вземете най -доброто решение. Свържете се с нас, за да обсъдим вашите изисквания и да започнете процеса на обществени поръчки.
ЛИТЕРАТУРА
- Incropera, FP, Dewitt, DP, Bergman, TL, & Lavine, AS (2007). Основи на пренос на топлина и маса. John Wiley & Sons.
- Shah, RK, & Sekulic, DP (2003). Основи на дизайна на топлообменника. John Wiley & Sons.
