Industriële warmtewisselaars dienen als het bloedsomloopstelsel van productie-installaties en hun ontwerp heeft een directe invloed op de bedrijfsdoeltreffendheid.bekend om hun superieure thermische prestatiesIn dit artikel worden de fundamentele berekeningsmethoden voor het ontwerp van plaatwarmtewisselaars onderzocht, ondersteund door praktische voorbeelden.
1. Berekening van de thermische belasting: de fundering
Een nauwkeurige bepaling van de thermische belasting vormt de hoeksteen van het ontwerp van de warmtewisselaar.
Qwarm= ṁwarm× Cpwarm× (TIn, heet.- T.Uit, heet.) = Qkoud= ṁkoud× Cpkoud× (TUit, koud.- T.In, koud.)
Waar:
- Q = thermische belasting (kW)
- ṁ = massa-stroom (kg/h)
- Cp = specifieke warmtecapaciteit (kJ/kg°C)
- T = Temperatuur (°C)
De massa-stroom kan worden afgeleid van de volumetrische stroom en de vloeistofdichtheid:
ṁ = W × ρ
2Logaritmische gemiddelde temperatuurverschil: de drijvende kracht
Het logaritmische gemiddelde temperatuurverschil (LMTD) kwantificeert de gemiddelde temperatuurgradiënt die de warmteoverdracht veroorzaakt:
ΔTIk ben...= (ΔT1- ΔT2) / ln(ΔT1/ ΔT2)
Waar ΔT1en ΔT2de temperatuurverschillen aan beide uiteinden van de wisseler vertegenwoordigen.Hoger LMTD-waarden geven een sterker warmteoverdrachtspotentieel aan, maar vereisen een zorgvuldige beschouwing van de vloeistoffeigenschappen en de beperkingen van de drukdaling.
3. Warmteoverdracht: bepaling van de grootte van de apparatuur
De vereiste oppervlakte van de warmteoverdracht wordt berekend aan de hand van:
Q = A × U × ΔTIk ben...
De totale warmteoverdrachtcoëfficiënt (U) omvat meerdere factoren, waaronder plaatmateriaal, vervuilingsweerstand en vloeistofeigenschappen.000 W/m2K voor water-watertoepassingen.
4. Praktische toepassing: warmte-uitwisseling water-water
Werkomstandigheden:
Warm water: 25°C → 15°C bij 150 m3/h
Koud water: 7°C → 12°C (stroomtoename te bepalen)
Berekeningsproces:
1- Thermische balans:
Q = 1,744 kW → koude waterstroom = 300 m3/h
2. LMTD-berekening:
ΔT1= 13°C, ΔT2= 8°C → ΔTIk ben...= 10,3°C
3Oppervlakte:
Veronderstellen dat U = 5.000 W/m2K → A = 33,9 m2
4Plaatgetal:
Gebruik van 0,5 m2 platen → 68 platen nodig
5Overwegingen voor drukdaling
Overmatige drukdaling verhoogt de pompkosten en kan de doorstroming verminderen.
- Verhoging van het aantal stroomkanalen
- Selectie van platen met grotere spleten
- Het optimaliseren van de golfvorming
Moderne ontwerpinstrumenten helpen de thermische prestaties in evenwicht te brengen tegen drukdaling, met typisch aanvaardbare waarden tussen 0,5-1,5 bar per doorgang.
6. Digitale ontwerpinstrumenten
Moderne ontwerpplatformen maken snelle prestatiesimulaties mogelijk door middel van parametrische inputs.
- Geautomatiseerde warmteberekeningen
- Vergelijkende scenarioanalyse
- Visualisatie van stroompatronen
Conclusies
Een effectief ontwerp van een plaatwarmtewisselaar vereist een systematische evaluatie van de thermische vereisten, fysieke beperkingen en operationele parameters.De gepresenteerde berekeningsmethode stelt de ingenieurs in staat de warmteoverdracht te optimaliseren en tegelijkertijd de praktische operationele grenzen te handhavenAangezien industriële processen een grotere energie-efficiëntie vereisen, wordt nauwkeurig warmtewisselaarontwerp steeds belangrijker voor duurzame productie.
Uw bericht moet tussen de 20-3.000 tekens bevatten!
