При избора на пластинчат топлообменник много клиенти се фокусират основно върху покупната цена. Качеството и цената на пластинчатия топлообменник обаче до голяма степен се определят от няколко ключови фактора, включително материала на пластината, структурния дизайн, топлообменната площ и необходимото топлинно натоварване.

Тази статия предоставя практически преглед на изчисленията на размерите на пластинчатия топлообменник и въвежда два често използвани метода за проектиране: метода на логаритмичната средна температурна разлика (LMTD) и метода на броя на преносните единици (NTU).

Докато всяко приложение има уникални работни условия, следната информация предлага полезна отправна точка за избор на правилния пластинчат топлообменник.

1. Пластинчат топлообменникИзчисления за оразмеряване

Задължение за топлина

Топлинното натоварване се отнася до количеството топлина, което топлообменникът трябва да предаде.

Въз основа на условията на процеса, дебита на флуида, температурите на входа и изхода и други работни параметри може да се изчисли необходимото топлинно натоварване.

Зона за пренос на топлина

Топлообменната площ е един от най-важните параметри при определяне на размера на пластинчатия топлообменник.

Изчислява се въз основа на необходимото топлинно натоварване, дебит на флуида, работни температури и производителност на топлопренос.

Брой плочи

Броят на плочите определя наличната топлопреносна повърхност вътре в топлообменника.

Като цяло, увеличаването на броя на плочите осигурява по-голяма площ за пренос на топлина и подобрява топлинните характеристики.

Допълнителните плочи обаче също увеличават цената на оборудването и спада на налягането.

Необходимият брой плочи трябва да се определи според площта на топлообмен, размерите на плочите и условията на потока.

Модел и спецификации

След определяне на основните конструктивни параметри може да се избере подходящ модел от наличната продуктова гама.

При избора трябва да се вземат предвид фактори като:

• Материал на плочата
• Оценка на налягането
• Устойчивост на корозия
• Работна температура
• Изисквания към процеса

Падане на налягането

Падането на налягането се отнася до загубата на налягане, изпитана от флуида, докато преминава през топлообменника.

Зависи от няколко фактора, включително:

• Скорост на потока
• Брой плочи
• Разстояние между плочите
• Дебелина на плочата

При избора на пластинчат топлообменник е важно да се провери дали изчисленият спад на налягането остава в допустимите граници на технологичната система.

Резюме

Точният метод за оразмеряване винаги трябва да се коригира според специфичните работни условия на всяко приложение.

В допълнение към топлинните изчисления трябва да се вземат предвид и изискванията за инсталиране, достъпността на поддръжката и методите за почистване, за да се осигури надеждна дългосрочна-работа.

Сред различните налични методи за изчисление,Метод на логаритмична средна температурна разлика (LMTD).и наМетод на броя на трансферните единици (NTU).са двата най-широко използвани подхода за проектиране на пластинчат топлообменник.

И двата метода се основават на принципите на пренос на топлина и корелациите на спада на налягането.

2. Какво представлява методът на логаритмичната средна температурна разлика (LMTD)?

Методът на логаритмичната средна температурна разлика (LMTD) е един от най-често използваните подходи за изчисляване на топлопреносния капацитет на пластинчатия топлообменник.

Неговият основен принцип предполага, че топлообменът се извършва въз основа на средна температурна разлика между горещите и студените флуиди.

Процесът на пренос на топлина е разделен на поредица от малки секции.

Във всеки раздел температурите на двата флуида са представени отT₁, T₂, T₃, иT₄.

Предадената топлина във всяка секция се изчислява индивидуално, а общата скорост на топлопредаване се получава чрез сумиране на резултатите.

Вместо да използва действителната температурна разлика във всяка секция, методът използвалогаритмична средна температурна разлика.

Уравнението LMTD е:

където:

• ΔT₁= Температурна разлика в единия край на топлообменника
• ΔT₂= Температурна разлика в другия край
• ΔTlm= Регистрирайте средната температурна разлика

Общата скорост на пренос на топлина се изчислява като:

Q=U × A × ∆Tlm

където:

• Q= Скорост на топлопредаване
• U= Общ коефициент на топлопреминаване
• A= Ефективна площ на пренос на топлина
• ΔTlm= Регистрирайте средната температурна разлика

В практически приложения температурите на флуида се променят непрекъснато по пътя на потока.

Следователно изчисленията трябва да се извършват, като се използват действителните работни условия и подходящи стойности заUиAтрябва да бъдат избрани за получаване на точни резултати.

3. Методът на NTU за проектиране на пластинчат топлообменник

TheМетод на броя на трансферните единици (NTU).е друг широко използван подход за оценка на топлинните характеристики на пластинчатия топлообменник.

За разлика от метода LMTD, методът NTU се основава на концепцията заБрой трансферни единици (NTU), безразмерен параметър, който представлява способността за пренос на топлина на топлообменника.

NTU зависи от фактори като масов дебит, топлинен капацитет и обща производителност на топлопренос.

Стъпка 1. Определете топлинния режим и свойствата на течността

Въз основа на условията на процеса, изчислете:

• Необходим топлинен режим
• Масов дебит
• Специфичен топлинен капацитет на всеки флуид

Стъпка 2. Определете капацитета на топлообмен

Способността за топлопредаване на топлообменника се представя от:

• Общ коефициент на топлопреминаване (U)
• Ефективна площ на пренос на топлина (A)

Общият коефициент на топлопреминаване описва скоростта на топлопреминаване между двата флуида за единица температурна разлика.

Стъпка 3. Изчислете NTU стойността

NTU се изчислява, като се използва:

където:

• Cminе по-малкият коефициент на топлинен капацитет на двата флуида.

Стъпка 4. Изчислете ефективността на топлообменника

Ефективността на топлообменника може да се оцени с помощта на:

ε=1 - exp(-NTU × (1 - Cr))

където:

• ε= Ефективност на топлообменника
• Кр= Коефициент на топлинен капацитет, определен като съотношението на скоростта на по-малкия топлинен капацитет към скоростта на по-големия топлинен капацитет.

Стъпка 5. Изчислете скоростта на пренос на топлина

След това скоростта на пренос на топлина се изчислява като:

Q=ε × Cmin × (T1 - T2)

където:

• Q= Скорост на топлопредаване
• T₁ – T₂= Температурна разлика между входящите потоци на двата флуида.

Бележки

Методът NTU изисква по-голям брой входни параметри от метода LMTD и изчисленията обикновено са по-сложни.

Поради тази причина точните работни данни са от съществено значение за осигуряване на надеждни резултати от изчисленията.

Когато се използва правилно, методът NTU предоставя ефективен начин за оценка на топлинните характеристики на пластинчатите топлообменници, особено когато температурите на изхода са неизвестни по време на етапа на проектиране.