Рекомендации по выбору теплообменника

Несмотря на то, что существует большое разнообразие доступных теплообменников, пригодность каждого типа (и его конструкции) для передачи тепла между жидкостями зависит от спецификаций и требований конкретного применения. Эти факторы в значительной степени определяют оптимальную конструкцию желаемого теплообменника S19a и влияют на соответствующие расчеты характеристик и размеров.

Некоторые из факторов, которые профессионалы отрасли должны учитывать при проектировании и выборе теплообменника, включают:

  • Тип жидкостей, поток жидкости и их свойства
  • Желаемая тепловая мощность
  • Ограничения по размеру
  • Затраты

Тип жидкости, поток и свойства

Конкретный тип жидкостей — например, воздуха, воды, масла и т.д. — и их физические, химические и термические свойства — например, фаза, температура, кислотность или щелочность, давление и расход и т.д. — помогают определить конфигурацию потока и конструкцию, наиболее подходящую для конкретной передачи теплаприменение.

Например, если используются агрессивные, высокотемпературные жидкости или жидкости под высоким давлением, конструкция теплообменника должна выдерживать высокие нагрузки на протяжении всего процесса нагрева или охлаждения. Одним из способов выполнения этих требований является выбор конструкционных материалов, обладающих желаемыми свойствами: графитовые теплообменники обладают высокой теплопроводностью и коррозионной стойкостью, керамические теплообменники могут выдерживать температуры, превышающие температуры плавления многих обычно используемых металлов, ипластиковые теплообменники предлагают недорогую альтернативу, которая сохраняет умеренную степень коррозионной стойкости и теплопроводности.

FullHD_Umax-ceramic-Heat-Exchanger.jpg - несколько секунд назад
Керамический теплообменник

Другой метод заключается в выборе конструкции, соответствующей свойствам жидкости: пластинчатые теплообменники способны обрабатывать жидкости низкого и среднего давления, но при более высоких скоростях потока, чем другие типы теплообменников, и двухфазные теплообменники необходимы при работе с жидкостями, которые требуют смены фазы в процессе теплопередачи. Другие свойства жидкости и потока жидкости, которые профессионалы отрасли могут учитывать при выборе теплообменника, включают вязкость жидкости, характеристики загрязнения, содержание твердых частиц и присутствие водорастворимых соединений.

Тепловая мощность

Тепловая мощность теплообменника относится к количеству тепла, передаваемого между жидкостями, и соответствующему изменению температуры в конце процесса теплопередачи. Передача тепла внутри теплообменника приводит к изменению температуры в обеих жидкостях, понижая температуру одной жидкости при отводе тепла и повышая температуру другой жидкости при добавлении тепла. Желаемая тепловая мощность и скорость теплопередачи помогают определить оптимальный тип и конструкцию теплообменника, поскольку некоторые конструкции теплообменников обеспечивают большую скорость передачи тепла и могут выдерживать более высокие температуры, чем другие конструкции, хотя и при более высокой стоимости.

Ограничения по размеру

После выбора оптимального типа и конструкции теплообменника распространенной ошибкой является покупка теплообменника, который слишком велик для данного физического пространства. Часто более разумно приобретать теплообменное устройство такого размера, который оставляет место для дальнейшего расширения или добавления, а не выбирать устройство, которое полностью занимает пространство. Для применений с ограниченным пространством, например, в самолетах или автомобилях, компактные теплообменники обеспечивают высокую эффективность теплопередачи в небольших и легких решениях. Для этих теплообменных устройств, отличающихся высоким соотношением площади поверхности теплопередачи к объему, доступно несколько вариантов, включая компактные пластинчатые теплообменники. Как правило, эти устройства имеют соотношение ≥700 м2 / м3 для газовых применений и ≥400 м2 / м3 для жидкостей и газов.

Затраты

Стоимость теплообменника включает в себя не только первоначальную цену оборудования, но и затраты на установку, эксплуатацию и техническое обслуживание в течение срока службы устройства. Хотя необходимо выбрать теплообменник, который эффективно соответствует требованиям конкретного применения, также важно учитывать общую стоимость выбранного теплообменника, чтобы лучше определить, стоит ли устройство инвестиций. Например, изначально дорогой, но более долговечный теплообменник может привести к снижению затрат на техническое обслуживание и, следовательно, к меньшим общим затратам в течение нескольких лет, в то время как более дешевый теплообменник может быть изначально менее дорогостоящим, но требовать нескольких ремонтов и замен в течение того же периода времени.

Оптимизация конструкции

Проектирование оптимального теплообменника для данного применения (с конкретными спецификациями и требованиями, как указано выше) включает в себя определение изменения температуры жидкостей, коэффициента теплопередачи и конструкции теплообменника и соотнесение их со скоростью теплопередачи. Две основные проблемы, которые возникают при достижении этой цели, — это расчет номинальной мощности и размеров устройства.

Оценка относится к расчету тепловой эффективности (т.Е. КПД) теплообменника заданной конструкции и размера, включая скорость теплопередачи, количество тепла, передаваемого между жидкостями, и соответствующее изменение их температуры, а также общее падение давления во всем устройстве. Определение размеров относится к расчету требуемых общих размеров теплообменника (т.Е. Площади поверхности, доступной для использования в процессе теплопередачи), включая длину, ширину, высоту, толщину, количество компонентов, геометрию и расположение компонентов и т.д., Для применения с заданными техническими характеристиками процессаи требования. Конструктивные характеристики теплообменника — например, конфигурация потока, материал, конструктивные элементы и геометрия и т.д. — влияют как на номинальную мощность, так и на расчеты размеров. В идеале, оптимальная конструкция теплообменника для конкретного применения находит баланс (с оптимизированными факторами, указанными проектировщиком) между номинальной мощностью и размерами, который удовлетворяет спецификациям и требованиям процесса при минимально необходимых затратах.

Яндекс.Метрика