Les échangeurs de chaleur industriels servent de système de circulation des usines de fabrication et leur conception a une incidence directe sur l'efficacité opérationnelle.connus pour leurs performances thermiques supérieuresCet article examine les méthodes de calcul fondamentales pour la conception d'échangeurs de chaleur à plaques, appuyées par des exemples pratiques.
1Le calcul de la charge thermique: la fondation
La détermination précise de la charge thermique constitue la pierre angulaire de la conception des échangeurs de chaleur.
Q. Je vous en prie.chaud= ṁchaud× Cpchaud× (TJe vous en prie.- Je ne sais pas.Sortez, chaud) = Qfroid= ṁfroid× Cpfroid× (TSortez, il fait froid.- Je ne sais pas.À l'intérieur, froid)
Où:
- Q = charge thermique (kW)
- ṁ = débit de masse (kg/h)
- Cp = capacité thermique spécifique (kJ/kg°C)
- T = température (°C)
Le débit de masse peut être dérivé du débit volumétrique et de la densité du fluide:
ṁ = W × ρ
2Différence logarithmique de température moyenne: la force motrice
La différence de température moyenne logarithmique (DTMT) quantifie le gradient de température moyen entraînant le transfert de chaleur:
ΔTJe suis= (ΔT)1- ΔT2) / ln(ΔT1/ ΔT2)
où ΔT1et ΔT2représente les différences de température à chaque extrémité de l'échangeur.Des valeurs plus élevées de DTMT indiquent un potentiel de transfert de chaleur plus élevé, mais nécessitent une considération attentive des propriétés du fluide et des limites de chute de pression..
3. zone de transfert de chaleur: détermination de la taille de l'équipement
La surface de transfert de chaleur requise est calculée en utilisant:
Q = A × U × ΔTJe suis
Le coefficient global de transfert de chaleur (U) intègre plusieurs facteurs, notamment le matériau de la plaque, la résistance à l'encrassement et les propriétés du fluide.000 W/m2K pour les applications eau-eau.
4Application pratique: échange de chaleur eau-eau
Conditions de fonctionnement:
L'eau chaude: 25°C → 15°C à 150 m3/h
Eau froide: 7°C → 12°C (débit à déterminer)
Procédure de calcul:
1Balance thermique:
Q = 1,744 kW → débit d'eau froide = 300 m3/h
2. Calcul de la LMTD:
ΔT1= 13°C, ΔT2= 8°C → ΔTJe suis= 10,3°C
3Surface de l'appareil
En supposant que U = 5 000 W/m2K → A = 33,9 m2
4Compte des plaques:
Utilisation de plaques de 0,5 m2 → 68 plaques nécessaires
5Considérations relatives à la baisse de pression
Une chute de pression excessive augmente les coûts de pompage et peut réduire les débits.
- Augmentation du nombre de canaux de débit
- Sélection des plaques avec des espaces plus grands
- Optimisation des motifs de corrugation
Les outils de conception modernes aident à équilibrer les performances thermiques contre les contraintes de chute de pression, avec des plages acceptables typiques comprises entre 0,5-1,5 bar par passage.
6. Outils de conception numérique
Les plateformes de conception contemporaines permettent des simulations rapides des performances grâce à des entrées paramétriques.
- Calculs thermiques automatisés
- Analyse comparative du scénario
- Visualisation des schémas de flux
Conclusion
Une conception efficace des échangeurs de chaleur à plaques nécessite une évaluation systématique des exigences thermiques, des contraintes physiques et des paramètres opérationnels.La méthodologie de calcul présentée permet aux ingénieurs d'optimiser l'efficacité du transfert de chaleur tout en maintenant les limites de fonctionnement pratiquesComme les processus industriels exigent une plus grande efficacité énergétique, la conception précise des échangeurs de chaleur devient de plus en plus essentielle pour des opérations de fabrication durables.
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