Меню

Расчет теплопередачи труба в трубе



Критериальные уравнения теплообмена: расчет теплоотдачи в трубах и каналах

Теплоотдача при вынужденном течении жидкости в трубах и каналах

Теплоотдача в трубах и каналах может происходить при вынужденном или свободном характере конвекционных потоков (возможны также их сочетания в случае существенного влияния гравитационных сил).

При вынужденном течении (вынужденная конвекция) жидкость нагнетается или отводится под действием сил внешнего давления, например, ветра, насоса или вентилятора.

Свободное течение жидкости происходит под действием подъемных (гравитационных) сил за счет изменения ее плотности из-за разницы температуры – слой жидкости с меньшей плотностью стремиться занять верхнее положение относительно холодного слоя (свободная или естественная конвекция).

Интенсивность теплоотдачи, как при вынужденной, так и при свободной конвекции характеризуется коэффициентом теплоотдачи α, имеющим размерность Вт/(м 2 ·град), который определяется по формуле:

Nu – число Нуссельта; λ – коэффициент теплопроводности жидкости при средней температуре, Вт/(м·град);

d – эквивалентный диаметр, равный

F – площадь сечения канала, м 2 ; П – периметр канала, м.

Для трубы круглого сечения, эквивалентный диаметр равен внутреннему диаметру трубы.

В целом, расчет коэффициента теплоотдачи сводится к определению числа Нуссельта, значение которого задается соответствующими критериальными уравнениями конвективного теплообмена, зависящими от режима течения жидкости и формы канала.

Течение жидкости в трубах определяется значением числа Рейнольдса Re и в зависимости от его величины может быть ламинарным, переходным или турбулентным.

  • Ламинарный режим течения жидкости характеризуется величиной числа Re до 2300.
  • При значении числа Re от 2300 до 10000 режим течения в трубах является переходным.
  • Турбулентный режим течения в трубах наблюдается при числах Re более 10000.

Число (критерий) Рейнольдса представляет собой безразмерный комплекс, связывающий скоростные и вязкостные характеристики жидкости с определяющим размером канала (для трубы – это ее диаметр).

Число Re определяется по формуле:

w – скорость течения жидкости, м/с; d – эквивалентный диаметр канала, м; ν — кинематическая вязкость жидкости при средней температуре, м 2 /с.

Теплоотдача в трубах и каналах существенно зависит от режима течения жидкости. При ламинарном режиме интенсивность теплоотдачи значительно меньше, чем при развитом турбулентном.

Теплоотдача при ламинарном течении в трубах и каналах

Ламинарный режим течения жидкости обычно характеризуется низкой скоростью потока. При этом в некоторых случаях влиянием конвекции, обусловленной действием гравитационных сил, пренебрегать нельзя.

Для выбора правильного критериального уравнения теплообмена и оценки влияния естественной конвекции на интенсивность теплопередачи при ламинарном режиме служит критерий Грасгофа Gr.

g – ускорение свободного падения, м/с 2 ;

β – температурный коэффициент объемного расширения, град -1 ;

d – эквивалентный диаметр канала, м;

ν — кинематическая вязкость жидкости при средней температуре, м 2 /с;

Δt – средняя разность температур жидкости и стенки, °С.

Теплоотдача при ламинарном течении в трубах и каналах с учетом естественной конвекции. Если величина комплекса GrPr превышает 8·10 5 , то расчет коэффициента теплоотдачи необходимо проводить с учетом влияния естественной конвекции в потоке жидкости по следующему критериальному уравнению:

Индекс «ж» означает, что свойства среды, входящие в критерии подобия Re, Pr и Gr берутся при средней температуре жидкости.

Число Прандтля с индексом «с» Prс берется для жидкости при температуре стенки.

εL – коэффициент, учитывающий изменение теплоотдачи по длине трубы или канала. Его можно определить с помощью таблицы:

Значения коэффициента εL при ламинарном режиме

L/d 1 2 5 10 15 20 30 40 50
εL 1,9 1,7 1,44 1,28 1,18 1,13 1,05 1,02 1

Теплоотдача при ламинарном течении в трубах и каналах без учета естественной конвекции. При значении GrPr 5 , влияние естественной конвекции на теплоотдачу жидкости пренебрежительно мало, и расчет коэффициента теплоотдачи можно проводить по следующему критериальному уравнению:

d – эквивалентный диаметр канала, м;

L – длина трубы (канала), м.

Представленные критериальные уравнения теплообмена при ламинарном режиме позволяют определить среднее значение числа Нуссельта, по величине которого можно рассчитать средний коэффициент теплоотдачи:

λ – коэффициент теплопроводности жидкости при средней температуре, Вт/(м·град);

d – эквивалентный диаметр, м.

Теплоотдача в трубах и каналах при турбулентном режиме

Теплоотдача в трубах и каналах при турбулентном режиме осуществляется путем передачи тепла при интенсивном перемешивании слоев жидкости. Критериальное уравнение теплообмена для расчета средней теплоотдачи в трубах и каналах в этом случае имеет вид:

Критерии подобия Re и Pr берутся при средней температуре жидкости. Число Прандтля с индексом «с» Prс берется при температуре стенки.

Представленное критериальное уравнение применяется в диапазоне чисел Re от 1·10 4 до 5·10 6 и Pr от 0,6 до 2500.

εL – коэффициент, учитывающий изменение среднего коэффициента теплоотдачи по длине трубы или канала при турбулентном режиме течения. Значения εL приведены в следующей таблице при различных числах Рейнольдса и отношениях длины канала к его эквивалентному диаметру:

Значения коэффициента εL при турбулентном режиме

Reж L/d
1 2 5 10 15 20 30 40 50
1·10 4 1,65 1,5 1,34 1,23 1,17 1,13 1,07 1,03 1
2·10 4 1,51 1,4 1,27 1,18 1,13 1,1 1,05 1,02 1
5·10 4 1,34 1,27 1,18 1,13 1,1 1,08 1,04 1,02 1
1·10 5 1,28 1,22 1,15 1,1 1,08 1,06 1,03 1,02 1
1·10 6 1,14 1,11 1,08 1,05 1,04 1,03 1,02 1,01 1

Расчет теплоотдачи в изогнутых трубах и каналах проводится по тому же критериальному уравнению с добавлением множителя — поправки на действие центробежных сил, которая определяется по формуле:

R — радиус изгиба трубы или канала, м; d – эквивалентный диаметр трубы или канала, м.

Теплоотдача в изогнутых трубах проходит более интенсивно, чем в прямых, за счет большего вихреобразования и лучшего перемешивания жидкости.

Расчет теплоотдачи при вынужденной конвекции

Пример расчета. Рассчитаем средний коэффициент теплоотдачи воды, текущей по трубопроводу длиной 1 м, диаметром d=0,01 м с расходом Q=20 л/мин. Средняя температура воды tж=50°С, температура стенки трубы tс=10°С.

1. Определим физические свойства воды при температуре 50°С:

  • Теплопроводность воды λж= 0,648 Вт/(м·град);
  • Плотность воды ρж=988 кг/м 3 ;
  • Кинематическая вязкость воды νж=0,556·10 -6 , м 2 /с;
  • Число Прандтля при температуре жидкости Prж=3,54;
  • Число Прандтля при температуре стенки Prс=9,52.

2. Рассчитаем среднюю скорость течения воды w по трубе:

3. Определим число Рейнольдса Re:

4. Поскольку число Рейнольдса имеет значение больше 1·10 4 , то режим течения является турбулентным и расчет теплоотдачи необходимо проводить по следующему критериальному уравнению:

Определим коэффициент εL по соотношению L/d=1/0,01=100. Поскольку L/d>50, то коэффициент εL=1.

Выполним расчет числа Нуссельта по приведенному критериальному уравнению:

5. Рассчитаем средний коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубы по формуле:

Таким образом, средний коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубы составляет 14,65 кВт/(м 2 ·град).

Теплоотдача при свободной конвекции в трубах и каналах

Теплообмен при свободном движении жидкости (или газа) происходит вследствие разности плотностей нагретых и холодных ее слоев. Интенсивность теплоотдачи жидкости в трубах и каналах при свободной конвекции существенно зависит от их положения в пространстве относительно силы тяжести.

Теплоотдача при свободной конвекции имеет различный характер в случаях свободного течения в неограниченном пространстве и теплообмена в ограниченном объеме (в узкой трубе или канале).

Свободная конвекция в неограниченном пространстве

Конвекция в неограниченном пространстве протекает, например при охлаждении трубопровода центрального отопления, расположенного на улице в безветренную погоду, вблизи от которого отсутствуют препятствия для движения воздушных потоков.

Горизонтальный канал или труба. Интенсивность теплоотдачи при свободной конвекции зависит от величины комплекса GrPr. При значении GrPr от 10 3 до 10 9 критериальное уравнение, описывающее среднюю теплоотдачу от поверхности горизонтальных труб и каналов, имеет вид:

В качестве определяющего размера принимается наружный диаметр d канала или трубы.

Вертикальный канал (труба, пластина). Для вертикальных труб и каналов при значении GrPr от 10 3 до 10 9 критериальное уравнение, описывающее среднюю теплоотдачу, имеет вид:

При GrPr>10 9 :

Примечание: В приведенных критериальных уравнениях теплообмена свойства жидкости, входящие в числа Gr и Pr, определяются при температуре окружающей среды. Число Прандтля с индексом «с» Prс берется для жидкости при температуре стенки. В качестве определяющего размера принимается длина L (высота) вертикально стоящей трубы или канала.

Свободная конвекция в ограниченном объеме

Теплообмен жидкости в ограниченном объеме при свободной конвекции характеризуется совместным протеканием процессов нагрева и охлаждения соседних слоев жидкости (или газа). Эти процессы сопровождаются сложным течением нисходящих и восходящих потоков, зависящих от рода жидкости, разницы температуры, формы канала и его геометрических размеров.

Для упрощения расчета таких сложных процессов конвективного теплообмена принято рассматривать их, как явление теплопроводности в щели толщиной δ с учетом понятия эквивалентного коэффициента теплопроводности λэк.

Эквивалентный коэффициент теплопроводности определяется по формуле:

Q — количество переданного тепла, Вт; δ — толщина слоя жидкости (или газа), м; F — площадь теплоотдающей поверхности, м 2 ; Δt=tc1-tc2 — температурный напор между нагретой и холодной стенками, °С.

Отношение эквивалентного коэффициента теплопроводности λэк к величине теплопроводности окружающей жидкости при средней температуре называется коэффициентом конвекции εк, который определяется значением комплекса GrPr.

Читайте также:  Требования для печных труб

При малых значениях комплекса GrPr 3 6 :

При 10 6 10 :

Примечание: Числа подобия Gr и Pr рассчитываются при средней температуре жидкости (или газа), равной tж=0,5(tc1+tc2). В качестве определяющего размера принимается δ — толщина слоя жидкости.

Расчет теплоотдачи при свободной конвекции

Пример расчета. Рассчитаем потери тепла естественной конвекцией от горизонтального трубопровода центрального отопления, находящегося на открытом воздухе. Диаметр трубопровода d=0,15 м, длина L=5 м, средняя температура наружной стенки tс=80°С. Температура окружающего воздуха tж=20°С.

1. Определим физические свойства воздуха при температуре 20°С:

  • Теплопроводность воздуха λж= 0,0259 Вт/(м·град);
  • Кинематическая вязкость воздуха νж=15,06·10 -6 , м 2 /с;
  • Число Прандтля при температуре жидкости Prж=0,703;
  • Число Прандтля при температуре стенки Prс=0,69;
  • Коэффициент объемного расширения βж=1/(273+20)=0,00341 град -1 .

2. Вычислим число Грасгофа Gr по формуле:

3. Определим значение комплекса GrPr:

Этому значению комплекса соответствует следующее критериальное уравнение теплообмена при свободной конвекции в случае горизонтальной трубы:

4. Вычислим значение числа Нуссельта Nu:

5. Рассчитаем коэффициент теплоотдачи от трубы α по формуле:

6. Определим потери тепла с боковой поверхности трубопровода по формуле:

Подставляя численные значения, окончательно получаем потерю тепла:

Таким образом, только путем естественной (свободной) конвекции рассмотренный трубопровод отопления отдает воздуху 1681 Вт тепла.

Источник

Теплообменник «труба в трубе»

(Статья дополнена P. S. (20.10.2019).)

Для нагрева холодной воды (разумеется, без смешивания) от системы отопления используются теплообменные аппараты — рекуператоры, в которых две среды движутся в своих полостях, разделенные металлической стенкой. .

. Горячая вода системы отопления, остывая, через стенку нагревает холодную воду в системе горячего водоснабжения.

Из рекуператоров наибольшее распространение получили пластинчатые и кожухотрубчатые теплообменники, которые широко используются не только в коммунальном хозяйстве, но и в первую очередь в различных отраслях промышленности и энергетики. При этом в качестве греющих и нагреваемых сред могут быть самые разнообразные жидкости и газы.

Пластинчатые теплообменники компактнее и эффективнее «древних советских» кожухотрубчатых рекуператоров, однако, последние более просты в изготовлении и в несколько раз дешевле. А некоторые современные образцы отечественных кожухотрубных теплообменников обыгрывают в разы по всем статьям западные пластинчатые аналоги (rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=341).

Теплообменник «труба в трубе» – это простейший вариант кожухотрубного аппарата.

В этой статье представлен алгоритм и теплотехнический расчет в Excel водо-водяного теплообменника типа «труба в трубе». Если греющая и нагреваемая среды — не вода, то некоторые исходные данные и формулы, использованные в программе, требуется существенно изменить!

Водо-водяной теплообменник «труба в трубе». Расчет в Excel.

На рисунке, представленном ниже, внутренняя труба является теплообменной, а наружная – кожуховой. Греющая вода движется слева направо и остывает, отдавая тепло через стенку внутренней трубы нагреваемой воде. Нагреваемая вода движется справа налево и нагревается.

Снаружи аппарат теплоизолирован. В расчете далее условно принято, что теплоизоляция обеспечивает абсолютное отсутствие теплообмена между наружной трубой и окружающей средой.

Если наружная труба не изолируется, то в расчете необходимо учесть потери тепла окружающему пространству. Как это сделать, можно посмотреть здесь.

Изображенная на рисунке схема движения жидкостей называется противотоком – нагреваемая вода движется навстречу греющей. Прямотоком, соответственно, будет движение потоков в одном направлении.

Из скриншота программы очевидно, что пользователю нужно заполнить светло-бирюзовые и бледно-зеленые ячейки исходными данными и в светло-желтых ячейках считать результаты вычислений.

Расчет в Excel теплообменника «труба в трубе» выполняется по нижеприведенному алгоритму.

i =1 – для греющей воды и внутренней стенки теплообменной трубы

i =2 – для нагреваемой воды и внешней стенки теплообменной трубы

x =1 – при прямотоке

x =2 – при противотоке

9. Средняя температура воды

ti =( tiвх + tiвых )/2

10. Средняя температура поверхностей стенки внутренней теплообменной трубы в первом приближении

tст1 = tст2 =( t1 + t2 )/2

11. Передаваемая тепловая мощность

N = G2 * Cp *( t2 вых — t2 вх )

8. Температура греющей воды на выходе

t1вых = t1 вх — N /( G1 * Cp )

12. Средняя плотность воды

ρi =-0,003* ti 2 -0,1511* ti +1003,1

13. Среднее значение коэффициента кинематической вязкости воды

νi =0,0178/(1+0,0337* ti +0,000221* ti 2 )/10000

14. Среднее значение коэффициента теплопроводности воды

λi =0,581+0,0012* ti

15. Среднее значение критерия Прандтля для воды

Pri =7,5-0,0694* ti

16. Скорость движения воды во внутренней трубе и в кольцевом пространстве наружной трубы

v1 = G1 /(π* d1 2 /4)/ ρ1

v2 = G2 /(π*( d2 2 — D1 2 )/4)/ ρ2

Желательно чтобы скорость движения воды находилась в диапазоне 0,25…2,5 м/с. Большие значения из диапазона предпочтительнее с точки зрения увеличения турбулентности потока и, следовательно, коэффициента теплоотдачи, но не предпочтительны с точки зрения увеличения гидравлического сопротивления системы, требующего насосы повышенных мощностей.

17. Число Рейнольдса для греющего и нагреваемого потоков

Re1 = v1 * d1 / ν1

Re2 = v2 *( d2 D1 )/ ν1

Режим течения воды по трубам должен быть турбулентным, т.е. Re >2300 (еще лучше, если Re >10000 ).

18. Среднее значение критерия Прандтля для внутренней и внешней поверхностей стенки теплообменной внутренней трубы

Prстi =7,5-0,0694* tстi

19. Критерий Нуссельта со стороны греющей и со стороны нагреваемой воды

Nu1 =0,021* Re1 0,8 * Pr1 0,43 *( Pr1 / Prст1 ) 0,25

Nu2 =0,017* Re2 0,8 * Pr2 0,4 *( Pr2 / Prст2 ) 0,25 *( d2 / D1 ) 0,18

20. Коэффициент теплоотдачи от греющей воды стенке и от стенки нагреваемой воде

α1 = Nu1 * λ1 / d1

α2 = Nu2 * λ2 /( d2 — D1 )

21. Коэффициент теплопередачи

K =1/(1/ α1 +(( D 1 — d 1 )/2)/ λст -1/ α2 )

22. Максимальный температурный напор

Если x =1 (прямоток), то

Δtmax = t1вх t2вх

Если x =2 (противоток) и t1вх t2вых > t1вых t2вх , то

Δtmax = t1вх t2вых

Если x =2 (противоток) и t1вх t2вых t1вых t2вх , то

Δtmax = t1вых t2вх

23. Минимальный температурный напор

Если x =1 (прямоток), то

Δtmin = t1вых t2вых

Если x =2 (противоток) и t1вх t2вых t1вых t2вх , то

Δtmin = t1вх t2вых

Если x =2 (противоток) и t1вх t2вых > t1вых t2вх , то

Δtmin = t1вых t2вх

24. Среднелогарифмический температурный напор

Δtср =( Δtmax Δtmin )/ln( Δtmax / Δtmin )

25. Плотность теплового потока

q = K * Δtср

10*. Теперь следует вернуться к пункту 10 и вычислить средние температуры поверхностей стенки внутренней теплообменной трубы во втором приближении по новым формулам

tст1 = t1 — q / α1

tст2 = t2 + q / α2

. С новыми значениями температур поверхностей стенки нужно заново выполнить расчеты по пунктам 18-21 и 25 и опять пересчитать значения tст1 и tст2 в третьем приближении…

В представленной программе расчет в Excel выполняется 6 раз. Для точности необходимой на практике обычно бывает достаточно выполнить 2 или 3 приближения.

26. Площадь поверхности нагрева

F = N / q

27. Расчетная длина нагревателя

L = F /(π* d1 )

28. Диаметры присоединительных патрубков

dпi =(3600* Gi /(π* vmax * ρi )) 0,5 /30

В расчете максимальная скорость воды vmax принята равной 1,8 м/c. При необходимости можно ее увеличить до 2,5 м/с или принять равной скорости движения воды по теплообменнику.

На этом теплотехнический расчет в Excel теплообменника «труба в трубе» можно считать завершенным. Гидравлический расчет поможет выполнить эта статья на блоге.

Отложения, образующиеся в процессе эксплуатации на поверхностях стенки внутренней теплообменной трубы, существенно влияют на коэффициент теплопередачи и могут со временем в 1,5-2 раза снизить эффективность работы любого теплообменника. Рассмотренный расчет в Excel это не учитывает.

Заключение.

Посмотрите небольшое видео о работе в представленной программе, которое поможет быстрее понять логику алгоритма и некоторых штатных приемов работы в Excel.

Теперь, считая теплообменник «труба в трубе», вы, уважаемые читатели, избавлены от рутинных ручных расчетов, и у вас будет больше времени на техническое творчество.

Прошу уважающих труд автора скачивать файл с программой после подписки на анонсы статей в блоке ниже статьи или наверху любой страницы блога.

Ссылка на скачивание файла: teploobmennik-truba-v-trube (xls 111KB)

P. S. (20.10.2019)

Решил попробовать повысить точность вычислений и занялся переработкой алгоритма. В итоге в новый вариант программы внесены следующие изменения:

1. В исходных данных добавился еще один параметр – давление воды ( Pi ). Хотя существенного влияния на теплофизические параметры воды давление не оказывает, но всё же…

2. Средняя температура воды в трубах ( ti ) вычисляется по уточненному алгоритму. Для потока, в котором температура воды изменяется меньше, она определяется как среднеарифметическая: ti =( tiвх + tiвых )/2. Для потока, в котором температура от входа до выхода изменяется больше, средняя температура определяется как сумма или разность среднеарифметической температуры другого потока и среднелогарифмического напора: tj = ti ± Δtср .

3. Теплофизические параметры воды – плотность ( ρi ), коэффициент кинематической вязкости ( νi ), коэффициент теплопроводности ( λi ), критерий Прандтля ( Pri ), изменяющиеся от температуры и давления, теперь определяются с помощью пользовательских функций Полковова Вячеслава Леонидовича с более высокой точностью.

4. Попытался расширить диапазон применения программы. К турбулентному режиму ( Re >10000) добавил переходный режим течения (2300 Re Nu ), необходимый для определения коэффициента теплоотдачи ( α ), вычисляется по нижеприведенным формулам, которые были выбраны после долгого и тщательного анализа существующих критериальных зависимостей, предложенных Михеевым М.А., Исаченко В.П., Кутателадзе С.С., Петуховым Б.С., В. Гниелински. Так как в расчетах никак не учитывается шероховатость поверхностей труб и степень их загрязненности, то предпочтение было отдано выражениям, которые выдают при прочих равных меньшие значения критерия Нуссельта.

Читайте также:  Панно из пластиковых труб своими руками

Для потока воды в круглом сечении внутренней трубы:

К01 =-0,002*( Re1 /1000) 4 +0,0633*( Re1 /1000) 3 -0,854*( Re1 /1000) 2 +8,7529*( Re1 /1000) -12,639

Для потока воды в кольцевом сечении межтрубного пространства:

Nu’2 =4*( Pr2 / Pr ст2 ) 0,25 /при Re =2300/

Nu»2 =0,017*10000 0,8 * Pr2 0,4 *( Pr2 / Prст2 ) 0,25 *( d2 / D1 ) 0,18 /при Re =10000/

Определяющим размером для кругового сечения является диаметр d1 , для кольцевого сечения – эквивалентный диаметр dэкв = d2 — D1 . Определяющая температура – средняя температура потока ti .

5. Расчет теплопередачи выполнен по формулам для цилиндрической стенки без упрощений, примененных ранее, где использовались зависимости для плоской стенки.

Линейный коэффициент теплопередачи ( KL ) вычисляется по формуле:

Линейная плотность теплового потока ( qL ):

6. Расчетная длина нагревателя ( L ):

L = N / qL

Температуры поверхностей стенок ( tстi ), как и ранее, определяются шестью итерациями, чего более чем достаточно для обеспечения абсолютной точности вычислений.

Четыре важных замечания:

1. При проектировании теплообменников переходного режима течения жидкостей следует, все-таки, стремиться избегать по причине низкого значения коэффициента теплоотдачи ( αi ) и значительной погрешности существующих методик расчетов.

2. По данным открытых источников расхождение результатов экспериментов и расчетов по примененным в новой версии программы формулам находится в весьма широких пределах ±20%.

3. На скриншотах в основной статье и в P. S. показаны примеры расчетов с одинаковыми исходными данными. Расчетная длина нагревателя, полученная по старой программе, на 25% меньше, чем по обновленной версии! Это обусловлено в первую очередь тем, что для потока в кольцевом сечении при переходном режиме была не совсем правомерно применена формула для турбулентного течения.

4. Программа тестировалась на примере задачи 12-2 из Задачника по теплопередаче (Краснощеков Е.А., Сукомел А.С., 1980, стр. 219-222). Расхождение результатов — расчетных длин — 1,2%. При этом в Задачнике расчет выполнен по упрощенным формулам и без итераций.

Ссылка на скачивание файла с обновленной программой:

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

58 комментариев на «Теплообменник «труба в трубе»»

    Александр 29 Фев 2016 00:06

Александр, огромное спасибо за Ваши расчетные программы — очень, очень удобны и помогают.

Замечательно. Но к сожалению такие простые схемы теплообмена не имеют практического применения в теплообменных аппаратах. Используются многотрубные или аппараты со спирале-витыми одиночными трубами или в пучках.

Да, этот расчет не для серьезного «промышленного проектирования», а для быстрой оценки возможностей простых теплообменников в единичном «кустарном производстве», в быту и для студентов.

Расчет новых совершенных промышленных теплообменных аппаратов — узкая тема, требующая часто индивидуальных решений.

Не плохо бы оценить подобный способ подогрева , но уже уличного воздуха от батареи центрального отопления. Хотелось бы оценить зависимость воздушного потока от теплоотдачи батареи и сколько времени должен работать вентилятор. Сейчас у многих стоят пластиковые окна и лишний жар — просто бич для здоровья. Конечно можно правильно рассчитать радиаторы , но если уже стоят. Совсем будет отлично получить от вас рекомендации о наилучшей конструкции теплообменника для смешивания двух потоков — уличного и комнатного ( циркулирующего ) потоков. чтобы не ледяной воздух в комнату впускать. Циркулирующий поток комнатного воздуха должен быть в 3-4 раза больше уличного потока. как вот лучше обеспечить эффективное смешивание потоков ? Нужен ли теплоаккумулятор в виде ребристой решётки ?

Думал о совместной работе электрокаллорифера и батареи ЦО для обогрева уличного входящего потока. Хотел бы от вас услышать критику в свой адрес. может где то не додумал чего. В таблице заложен логический контроль ввода данных. Похоже , если применить аэросмеситель потоков , то в сезон более жаркого отопления можно вообще наверное не включать электрокалорифер. Вот такая вышла таблица. https://yadi.sk/i/U56YLM2PpnzMN

Кстати , спасибо , поднаучился у вас некоторым хитрым приёмам работы в EXCEL.

А насколько эффективно охлаждать воздух водой ? Есть такие кондиционеры с водяным охлаждением , увлажнением и очисткой воздуха от пыли. Ведь в самую жару и влажность воздуха выше. Нашёл таблицу охлаждения этим методом. А как будет меняться при охлаждении влажность воздуха ? А если будет достигнут предел влажности , то для снижения надо будет опять воздух горячим нагнетать в комнаты . без охлаждения ? Таблица. https://yadi.sk/i/zc_dKWbqpeUaq

Не пойму, Николай, зачем использовать дорогой в эксплуатации ЭЛЕКТРОкалорифер, если у Вас избыток тепла от приборов отопления? Или Вы так нашли наиболее дешевое решение по исправлению ошибок, допущенных при проектировании и строительстве.

Воздух водой охлаждать эффективно ровно на столько — на сколько эффективно воздух водой нагревать (почти все системы отопления зданий). Не понял «таблицу по охлаждению». Что за температуры она показывает?

Избыток тепла бывает только в морозы -20С. -25С. просто духота. а потом начинается экономия энергоносителей.

Не совсем согласен на счёт сравнения охлаждения и нагревания водой воздуха в данном случае только потому , что при нагреве постоянно поступают каллории , а при охлаждении ( кстати уточняю — в аппарате что я видел в интернете используется замкнутый оборот небольшого объёма воды которую распыляют на фильтр-решётку , фильтруют. и вроде бы нет никакой фреоновой системы , а иначе зачем что то изобретать новое ) этим методом вода отбирает тепло , но скорее аккумулирует его и не так эффективно рассеивает особенно в жару. только за счёт испарения.

А в таблице , я так понял , указаны температуры уже охлаждённого воздуха , которые можно достичь при конкретной уличной температуре и соответственно при определённой влажности воздуха.

Вот я и думаю , что в сезон наиболее жаркого отопления не стоит вообще включать калорифер. Но в остальные периоды не плохо бы. Не в сезон отопления ( осень , весна ) , когда температура не ниже -5С. 15С. калорифер в самый раз. А его дороговизна зависит от объёмов пропускаемого воздуха. если скромно и рационально , то не думаю что разорительно будет. Конечно за удобство нужно и платить. Я вот сравниваю. когда у нас стояли деревянные рамы со щелями. жизненной энергии было больше. Кстати стоит вспомнить опыты Чижевского А.Л. снижение заряда ионов кислорода тоже даром не проходит. Он ставил опыт на здоровых мышах в герметичной камере подавая туда отфильтрованный воздух через толстый слой ваты. Итог — смерть через 2 недели от нервного истощения.

Вот такой прибор я имел ввиду. не кондиционер — мойщик воздуха , но тоже охладитель. http://www.venta.ru/airwashing/

В общем я хотел узнать на сколько эффективно охлаждать воздух за счёт испарения воды. а не циркуляцией воды. А главное как долго будет сохраняться эффект охлаждения , при возможном росте влажности воздуха. Хотя пишут , что не растёт влажность и о гигрометрах можно забыть. но испарение происходит.

Градирню приходилось считать и эксплуатировать, но в ней вода охлаждалась продувкой воздуха (воздух, соответственно, нагревался и выбрасывался). На вопрос — на сколько эффективно? — я не знаю как отвечать. Отвечу, как спросили: эффективно!

Трудно что-то толковое написать Вам, не зная о чем идет речь — о квартире, доме, цехе, магазине.

Если жара у Вас в морозы, то значит не правильно настроен тепловой узел — слишком крутой график температуры теплоносителя. И надо устранять причину, а не бороться с последствиями.

Если охлаждать воду в градирне не в жаркие периоды , то тут без сомнений. Речь шла о квартире , был бы магазин — был бы и кондиционер. без вопросов. Конечно проще правильно выбрать радиатор , но график отопления не я составляю. И энергоносители не я экономлю. Так что борьба больше не с последствиями , а с мудрецами-чиновниками. Да и вообще вне сезон отопления тоже надо вентилировать без холодных сквозняков. И тут вовсе не нужно гонять сотнями кубометры , достаточно обеспечить минимум воздухообмена. Это лучше чем наглухо закрытые окна или их частое открытие-закрытие. Зачем эта суета , если можно всё доверить автоматике.

Мне понравилась идея с промывкой воздуха. Живой воздух не выдаст ни один кондиционер. А пыли ужасно много стало в воздухе и машин много на дорогах. соответственно и смога тоже. Летом , стоит только открыть окна на застекленном балконе — все подоконники покрываются через несколько дней слоем земельно-песчаной пыли. Так что я уверен не одна лишь пыльца с цветов виновата в аллергии.

Да, идея промывки воздуха водой, я думаю, интересна и перспективна. Собирался приобрести пылесос, работающий по похожей схеме. Но массово доступные модели, появившиеся в начале «нулевых», почему-то исчезли с прилавков магазинов.

Ну и хорошо что не купили. ) Воздух нужно чистить круглосуточно. а не раз в неделю. Пыль летит и от тряпок и с улицы. Покупайте мойку воздуха. Или соорудите собственными силами. конструкция то примитивная в принципе. Фонтан — тоже неплохая альтернатива мойке воздуха.

Читайте также:  Труба гофрированная пвх д32 иэк

Вот интересно , чтобы нагреть ( или охладить ) определённый объём воздуха с Т1 до Т2 ( и наоборот с Т2 до Т1 ) , нужно затратить одну и туже мощность нагревателя ( охладителя ). Или есть некоторая разница ? Можно ли рассчитать мощность кондиционера по формуле тепловентилятора ?

Судя по характеристикам устройств ( тепловая пушка и кондиционер ) . КПД у них разные. Тепловая пушка потребляет. пусть 3 кВт и отдаёт примерно столько же. А кондиционер потребляет 2,8 кВт , а отбирает 5,275 кВт.

В общем то КПД на расчёт мощности повлиять не должен. это показатель производительности всё же.

Чтобы нагреть (или охладить) определённый объём воздуха В ИЗОЛИРОВАННОЙ СИСТЕМЕ с Т1 до Т2 (и наоборот с Т2 до Т1), нужно затратить не МОЩНОСТЬ нагревателя (охладителя), а одно и то же КОЛИЧЕСТВО ЭНЕРГИИ подать или забрать (при отсутствии потерь, т.е. КПД=1)! Мощность определяет лишь время этого процесса.

Спасибо Александр ! Да , в Джоулях более грамотно. Значит нужно не гнаться за Мощностями , а улучшать теплоизоляцию. как и в случае с электроотоплением. А квадратные метры предела охлаждения , тоже маркетинговая уловка.

У кондиционеров скорее главный предел находится на улице , т.е. предельная температура воздуха при которой нарушается теплоотдача. И он не зависит от мощности.

хочу приобрести программу расчета водоподогревателя туба в трубе

Хотел быстренько прикинуть ориентировочную длину Т.О. при следующих параметрах(охладть): Один контур 600С а на выходе 40-50С. А другой контру на входе 10С, на выходе уже сколько получится( но желательно тоже дойти до 600С). ДЛина нужна была. Расчет не выдал результаты. Что я не так сделал?

Представленный в статье расчет ведется для воды при небольших избыточных давлениях. При средней температуре воды в любом из контуров выше

+108C критерий Прандтля для воды, вычисляемый по эмпирической формуле, становится отрицательным, чего быть не должно. А далее в другой эмпирической формуле для критерия Нуссельта это отрицательное число Excel должен возвести в дробную степень, чего по законам математики делать нельзя.

Еще раз: расчет предназначен для ВОДЫ со средней температурой не более +108С. Для других жидкостей при других температурах должны быть применены другие формулы для всех критериев, вязкости и теплопроводности.

Александр, при такой же схеме компоновки прямотока но использование в качестве нагревателя электро тэн. Расчет останется прежним? Тоесть мы просто приравниваем первую часть формулы к константе температуры.

Дмитрий, я не понял Ваш вопрос. Напишите подробней.

Я имел в виду конструкцию прямоточного водонагревателя.

С той лишь разницей, что в вашем случае тепло передается от теплоносителя во внутреннем кожухе среде заключенной между внешним и внутренним кожухами. А в моем вопросе я имел в виду когда внутренний конструкцию заменяет электротэн и среда нагревается от накала спирали.

То есть расчет площади соприкосновения электротэна.

Поскольку величина нагрева тэна постоянная да и температура гораздо выше.

Нет, Дмитрий, для вашего случая этот расчет не годится. Количество тепловой энергии, идущей от нихрома через наполнитель и стенку трубки тэна зависит от параметров среды, в которую тэн помещен. Температура наружной поверхности трубки тэна — величина отнюдь не постоянная!

В вашем случае можно сделать простой расчет по равенству мощностей подводимой и отводимой.

Смотрите расчеты проточного бытового электрического водонагревателя.

Спасибо за разъяснение.

У вас есть такие примеры расчетов или можно заказать такой расчет?

Смысл расчета подробно изложен с примером у меня здесь.

Если хотите, можете заказать такой расчет. Пришлите более подробное описание того, что мастерите.

Доброго времени суток! Александр, огромное Вам спасибо за проделанную Вами работу. У меня есть вопрос по критерию Прандтля. Как я понимаю, Вы взяли приближенную формулу для воды. Для стенки используете ее же. На сколько это справедливо и корректно?

Заранее спасибо за ответ!

С уважением, Александр.

Да, критерий Прандтля считается в программе по приближенной формуле более-менее справедливой для диапазона температуры воды 40 — 80 градусов Цельсия («с натяжкой»: 20 — 100). Следует, конечно, заменить её на более точную /программа была написана еще в «доинтернетовскую эпоху» при дефиците справочной информации/.

Что касается вопроса — почему эта же формула используется для стенки? Не для стенки. Критерий Прандтля — критерий подобия в процессе теплообмена газов и жидкостей. В нашем случае среда одна — вода. Точная формулировка — не «число Прандтля для стенки», а «критерий Прандтля для воды при температуре стенки . градусов».

Спасибо Вам за разъяснение. В качестве благодарности, высылаю формулу для Excel для вычисления Прандтля для воды 0-200 С (состоит из двух формул и более точно вычисляет критерий) может пригодится кому-то еще.

С3 — ячейка с температурой. Если Вас не затруднит, подскажите, на сколько отличаются расчеты для теплообменника труба в трубе в трубе, где греющая жидкость проходит в наибольшем и наименьшем диаметре, а нагреваемая, между ними. может у Вас есть ссылка, где можно что-то почитать об этом расчете. Спасибо Вам!

Спасибо за аппроксимирующую таблицу формулу.

По вопросу другой схемы теплообменника:

все формулы те же, только теплообмен идет через 2 стенки. Нужно задать новый перечень исходных данных, написать уравнения теплового баланса с новыми граничными условиями и решить их.

Посмотрите книгу А.И. Пеховича и В.М. Жидких Расчеты теплового режима твердых тел. Там есть ответы на все вопросы, но разобраться и понять совсем не просто.

Александр, могли бы ли Вы создать подобную программу с другими начальными условиями? Если у Вас есть такая возможность и желание, договорится о подробностях можно по почте.

Создать такую программу — это безусловно достижение. Простая и очень удобная программа для всех, кто работает в области теплотехники и теплоснабжения, а также студентов, инженеров и научных работников. Низкий поклон Вам Александр Васильевич!

Спасибо за высокую оценку моего труда, Гасан Басирович.

Спасибо за калькулятор, тока не понял как сделать греющюю воду снаружи, а нагреваемую во внутренней трубе?

Не стоит делать греющую воду снаружи.

Спасибо, очень удобно пользоваться программой. А почему не стоит греющюю воду снаружи, а нагреваемую во внутренней трубе?

Средняя температура греющей воды больше, чем средняя температура нагреваемой. Тепловой поток потерь через наружную трубу в окружающее пространство при прочих равных зависит от разницы температур наружной поверхности теплообменника и температуры окружающей среды. В каком случае потери тепла будут больше?

Расчет теплообменника для охлаждения битума можно заказать?

Я не занимаюсь сейчас этой темой.

Александр, а можно заказать расчет похожий на ваш экселевский, но когда неизвестны некоторые входные данные? У нас нужно нагревать раствор воды с солью во время эндотермической реакции. Мощность охлаждения известна. Поможете?

Сергей, пришлите исходные данные и условия задачи. Тогда будет понятно — смогу помочь или нет.

Здравствуйте, Александр! В формуле 20 определение альфа холодной воды разве разность диаметров между внешней и внутренней трубами не следует делить пополам? Ведь расстояние между внешней и внутренней трубами вдвое меньше разности их диаметров. Если это действительно так, то коэффициент теплоотдачи альфа 2 должен получаться вдвое больше, чем указано в формуле 20. То же самое в формуле 17 для числа Рейнольдса 2. Пожалуйста, ответьте.

Я сейчас делаю срочные расчеты и мне нельзя ошибиться. Заранее благодарю. Вячеслав. 26.06.19.

Кроме того, формула 21 коэффициента теплопередачи приведена как для плоской стенки, но ведь в действительности там цилиндрическая геометрия. В знаменатель формулы для цилиндрической геометрии входит логарифм отношения диаметров и произведения коэффициентов теплоотдачи на соответствующий диаметр.

Жду ответа. Вячеслав. 26.06.19.

По формулам 17 и 20: не следует делить. Это эквивалентный диаметр кольцевого сечения dэ=d2-D1.

Первоисточник выслал Вам на почту.

А можно ли с помощью этого файла сделать расчет для греющей наружной? Сильно ли влияет на расчет где греющая и где нагреваемая жидкости?

Мне важно чтобы труба нагреваемой жидкости была доступна для чистки.

И как можно посчитать насколько простые завихрители в межтрубном пространстве(например спирально намотанная на внутреннюю трубу проволока) и во внутренней трубе (например спирально скрученная пластинка или «пружина») влияют на КПД теплообменника?

Можно попробовать, считая, что вода по внутренней трубе нагревает со знаком «минус» (т.е. охлаждает) воду в кольцевом канале. При этом наружная теплоизоляция полностью блокирует теплопотери. Алгоритм расчетов желательно, все-таки, пересмотреть детально.

Завихрители увеличивают гидравлическое сопротивление, но улучшают теплообмен. Как посчитать «на сколько» я не знаю. Обычно это определяется в результате многочисленных опытов, хотя есть, наверное, сложные программы моделирования процесса.

Можно эту программу перестроить под другие потоки? )) пар по межтрубке, а гексан по трубе ? )

Перестроить — это написать заново. Нужно все формулы для воды заменить на соответствующие для пара и гексана. У меня этих формул нет.

Источник