تبلیغات
تاسیسات مکانیکی ساختمان - مطالب مبدل های حرارتی
تاسیسات مکانیکی ساختمان

همه چیز درباره تاسیسات

محاسبه حجم منبع ذخیره آبگرم مصرفی

یکشنبه 21 آذر 1389

نوع مطلب :سیستم های گرمایش، مبدل های حرارتی، منابع آب گرم، 

در جدول زیر حجم منبع ذخیره آبگرم مصرفی بر اساس نوع كاربری به ازای هر نفر مشخص شده است .

نوع كاربری

حجم منبع ذخیره به ازای هر نفر بر حسب لیتر

كارخانجات

5

بیمارستان

27

خوابگاه دانشجویی

30

هتل

30

منازل مسكونی

30

دفاتر اداری

5

مدارس روزانه

5

مدارس شبانه روزی

25

 
 

www.saeidahmadi.mihanblog.com


رادیاتور

چهارشنبه 25 فروردین 1389

نوع مطلب :سیستم های گرمایش، مبدل های حرارتی، 

سلام دوستان امروز براتون عکس های جالبی از رادیاتورهای فانتزی گذاشتم

 

نظر یادتون نره

 

 

 


مبدل های حرارتی

دوشنبه 9 فروردین 1389

نوع مطلب :مبدل های حرارتی، 

مبدلهای حرارتی 

فرایند تبادل گرما بین دو سیال با دماهای متفاوت كه توسط دیواره جامدی از هم جدا شده اند در بسیاری از كاربرد های مهندسی روی می دهد . وسیله ای را كه برای این تبادل به كار می رود مبدل گرمایی میگویند ، و موارد كاربرد آن را در سیستم های گرمایش ساختمان ها ، تهویه مطبوع ، تولید قدرت ، بازیابی گرمای هدر رفته ، و فراوری شیمیایی می توان یافت .ما درفرآیندهای شیمیایی و فیزیکی نیاز به گرم کردن و یا سرد کرئن سیالاتی داریم که مورد استفاده قرار می گیرند. برای تبادل گرمای دو سیال بدون آنکه با هم آمیخته شوند ، نیاز به سطح انتقال حرارت داریم. امروزه در سراسر دنیا کارخانه های فراوانی یافت می شوند که در زمینه ساخت مبدلهای حرارتی فعالیت می کنند . آنها بر اساس نیاز مشتری خود و بر اساس استانداردهای تعیین شده به طراحی و ساخت مبدلهای حرارتی در سایزها و گونه های مختلف مبادرت می ورزند. در زیر به طور خلاصه به بررسی مبدلها و روابط کلی انتقال حرارت در آنها می پردازیم.


انواع مبدل های گرمایی 

مبدل های گرمایی معمولاَ بر حسب آرایش جریان و نوع ساخت رده بندی می شوند . ساده ترین مبدل گرمایی مبدلی است كه در آن سیالات گـرم و سـرد در جهت های یكسان یا مخالف در یك ساختـار لوله ای هم مركز (tubular) حركت می كند .

نمونه ای از مبدل لوله ای هم مرکز

در آرایش جریان همسو ( parallel-flow یا concurrent flow) در شكل زیر سیالات گرم و سرد از انتهای یكسان وارد می شوند ، در جهت یكسان جریان می یابند ، و از انتهای یكسان خارج می شوند .در آرایش جریان نا همسو (counter-flow) در شكل سیالات از دو سر متقابل وارد می شوند ، در جهت های مخالف جریان می یابند ، و از دو سر متقابل دیگر خارج می شوند.برای موازنه گرما خواهیم داشت.

انواع جریان در مبدلها

 \dot{Q} = \dot{m}_h*(C_p)_h*(T_{h2}-T_{h1})
 \dot{Q} = \dot{m}_c*(C_p)_c*(T_{c2}-T_{c1})
 \dot{Q} = U*A_{ex}*\Delta {T_m}

T0.0 یا Th1 دمای سیال گرم ورودی
Th2 یا T0.0 دمای سیال گرم خروجی
Tc1 یا T0.0 دمای سیال سرد ورودی
Tc2 یا T0.0 دمای سیال سرد خروجی


سیالات ممكن است دارای جریان عرضی ( عمود بر هم ) نیز باشند این نوع جریان عموما در مبدل های گرمایی لوله ای پره دار بکار می رود.
یكی از انواع مهم مبدل های گرمایی دارای سطح تبادل گرمای بزرگی در حجم واحد است و به آن مبدل گرمایی فشرده می گویند این مبدل ها دارای صفحات یا لوله های پره دار ، با آرایش بسیار فشرده هستند و معمولاَ وقتی به كار می روند كه حداقل یكی از سیالات گاز ، و لذا دارای یك ضریب جابجایی كوچك باشد ، لوله ها ممكن است تخت یا دایره ای باشند . مبدلهای گرمایی با صفحات موازی ممكن است پره دار یا كنگره ای باشد و از آنها در حالت تك پاس یا چند پاس استفاده كرد مجراهای جریان در مبدل های گرمایی فشرده معمولاَ كوچك اند و جریان در آنها معمولاَ لایه ای است .اشکال دیگری از مبدهای حرارتی را در شکلها ملاحظه می کنید.

مبدل گرمایی با جریان همسو 

در شكل توزیع دمای سیال گرم و سرد در مبدل گرمایی با جریان همسو ( مبدل tubular ) نشان داده شده است . اختلاف دمای ابتدا بزرگ است اما با افزایش x سریعاَ كاهش می یابد و به طور مجانبی به صفر نزدیك می شود باید توجه داشت كه در چنین مبدلی دمای خروجی سیال سرد هیچ وقت از دمای خروجی گرم بیشتر نمی شود . در شكل اندیس های 1 و 2 دو سر متقابل را در مبدل نشان می دهد از این قرارداد برای تمام انواع مبدل های گرمایی استفاده می شود .

نمودار دما در طول مبدل برای جریان همسو و ناهمسو

طبق تعریف \dot{Q}= UA \Delta T_m که در آن U ضریب انتقال حرارت کلی مبدل و A سطح تبادل حرارت در مبدل است.همچنین با كاربرد موازنه انرژی برای عناصر دیفرانسیلی از سیالات گرم و سرد شكل ΔTm را می توان تعیین كرد البته اثبات آن در اینجا بیان نمی شود . هر عنصر دارای طول dx و مساحت سطح انتقال گرمای dA است . برای موازنه های انرژی و تحلیل پیرو آن ، فرض های زیر را در نظر می گیریم :
1- مبدل گرمایی از اطراف خود عایق شده است ،و در این حالت تبادل گرما فقط بین سیالات گرم و سرد است .
2- رسانش محوری در امتداد لوله ها ناچیز است .
3- تغییرات انرژی پتانسیل و جنبشی ناچیز است .
4- گرماهای ویژه سیالات ثابت اند .
5- ضریب كلی انتقال گرما ثابت است .
البته گرماهای ویژه بر اثر تغییرات دما تغییر می كنند ، و ضریب كلی انتقال گرما بر اثر تغییرات خواص سیال و شرایط جریان ممكن است تغییر كند . ولی ، در بسیاری از كاربردها این تغییرات خواص قابل توجهی نیستند و می توان با مقادیر متوسط cpc ,، cph ,h و U كار كرد. برای بدسن آوردن U داریم.


\frac {1} {A}U_{pre} = \Sigma \frac{1} {hA} + \Sigma R


\frac{1}{U_{exp}} = \frac{1}{U_{pre}}+R_f
R = مقاومت گرمایی دیواره لوله ها
h = ضریب انتقال حرارت سیال ( سیال گرم و سیال سرد) که از روابط تئوری و تجربی بدست می آید. بسته به این که تغییر فاز داشته باشیم یا نداشته باشیم و هندسه انتقال حرارت . روابطی برای محاسبه آن در کتابهای انتقال حرارت موجود است.
Uexp=ضریب انتقال حرارت کلی برای مبدل با محاسبه تاثیر رسوبات
Upre=ضریب انتقال حرارت بر مبنای تمیز بودن(بدون رسوب) مبدل
Rf=مقاومت گرمایی لوله ها بر اثر رسوب
که معمولا از R ( مقاومت گرمایی لوله ها) صرف نظر میکنیم . در نهایت برای جریان همسو داریم.

\Delta {T_m}=\frac{\Delta T_1-\Delta T_2}{\ln \left( \frac{\Delta T_1}{\Delta T_2}\right) }
ΔT1 = Th1Tc1
ΔT1 = Th2Tc2

مبدل گرمایی با جریان ناهمسو 

توزیع دمای سیالات گرم و سرد در مبدل گرمایی با جریان ناهمسو در شكل زیر نشان داده شده اند . بر خلاف مبدل با جریان همسو ، در مبدل با جریان ناهمسو انتقال گرما بین قسمت های گرم دو سیال در یك سر ، و همچنین بین قسمت های سرد دو سیال در سر دیگر روی می دهد . به همین دلیل اختلاف دما ، در طول مبدل در هیچ جا به بزرگی ناحیه ورودی مبدل با جریان همسو نیست . توجه كنید كه دمای خروجی سیال سرد در اینجا می تواند بزرگ تر از دمای خروجی سیال گرم باشد . برای مبدل با جریان ناهمسو اختلاف دما در نقاط انتهایی به صورت زیر تعریف می شود :
\Delta {T_m}=\frac{\Delta T_1-\Delta T_2}{\ln \left( \frac{\Delta T_1}{\Delta T_2} \right) }

ΔT1 = Th1Tc2
ΔT1 = Th2Tc1
باید دانست كه ، برای دماهای ورودی و خروجی یكسان ، اختلاف دمای میانگین لگاریتمی در جریان ناهمسو از اختلاف دمای میانگین لگاریتمی در جریان همسو بیشتر است .. لذا ، با فرض مقدار U یكسان ، مساحت سطح لازم برای ایجاد آهنگ انتقال گرمای معین q در جریان ناهمسو كمتر از مساحت لازم در جریان همسو است . همچنین در جریان ناهمسو Tc2 می تواند بیشتر Th2 از باشد ولی برای جریان همسو این طور نیست .
البته روشهای دیگری نیز برای تحلیل مبدل ها بکار می رود که در اینجا بیان نمیشود . از جمله روش NTU و روشهای تجربی .

مبدل های حرارتی پوسته و لوله (shell & tube heat exchangers) 

نوع متداول دیگر مبدل گرمایی پوسته_ لوله ای است بر حسب تعداد پاس های پوسته و لوله ، این مبدل ها انواع مختلفی دارند و ساده ترین آنها كه دارای یك پاس پوسته و یك پاس لوله است در شكل نشان داده شده است . معمولاَ دیوارك هایی نصب می شوند تا با ایجاد تلاطم و آیجاد مؤلفه سرعت عرضی در جریان ضریب جابجایی سیال در سمت پوسته افزایش یابد . مبدل های گرمایی دیوارك دار معمولا با یك پاس پوسته و دو پاس لوله و دو پاس پوسته و چهار پاس لوله تولید می شوند.

مبدل پوسته لوله تک پاس با جریان همسو
مبدل پوسته لوله دو پاس با جریان ناهمسو
مبدل پوسته لوله

در مبدل های حرارتی پوسته و لوله دارای بفل(صفحات هدایت كننده جریان) ، جریان سمت پوسته به صورت متقاطع با لوله ها در بین دو بفل مجاور جهت داده می شود و در حالیكه از فاصله ما بین دو بفل به فاصله بعدی منتقل می شود ، موازی با لوله ها ، جهت می یابد.

اهداف اصلی طراحی ، در این مبدل ها در نظر گرفتن انبساط گرمایی پوسته و لوله ها ، تمیز كردن آسان مجموعه ، و در صورت با اهمیت نبودن سایر جنبه ها ، كم هزینه ترین روش ساخت و تولید آنهاست.

در مبدل های پوسته و لوله با صفحه لوله های ثابت ، پوسته ، به صفحه لوله ، جوش شده است و هیچ گونه دسترسی به خارج از دسته لوله ، برای تمیزكاری وجود ندارد . این انتخاب كم هزینه و دارای انبساط گرمایی محدود است .

مبدل های پوسته و لوله با دسته لوله U شكل دارای كم هزینه ترین ساختار است ، زیرا فقط به یك صفحه لوله نیاز است. سطح داخلی لوله ها به دلیل خم U شكل تند، نمی توانند با وسایل مكانیكی تمیز شود. در این مبدل ها تعداد زوجی از گذرهای لوله به كار می رود ولی محدودیتی از نظر انبساط گرمایی وجود ندارد.

چندین طرح ایجاد شده اند كه به صفحه لوله امكان می دهند تا شناور باشد(یعنی بتواند با انبساط گرمایی ، حركت كند ). نوعی كلاسیك از طراحی سر شناور در شكل نشان داده شده است كه بیرون كشیدن دسته لوله ها را از پوسته با حداقل جداسازی قطعات، ممكن می سازد. به این نوع مبدل ها برای واحد هایی با تشكیل زیاد رسوب ، نیاز می باشد. هزینه این مبدل ها زیاد است.

آرایش های مختلف جریان در سمت پوسته و سمت لوله ، بسته به وظیفه گرمایی ( ظرفیت گرمایی) ، افت فشار ، سطح فشار ، تشكیل رسوب ، شیوه های ساخت و هزینه بری ، كنترل خوردگی و مسائل تمیز كاری ،استفاده می شوند. بفل ها در مبدل های پوسته و لوله برای افزایش ضریب انتقال گرما در سمت پوسته و برای نگه داشتن لوله ها استفاده می گردند.

مزایای مبدل های پوسته و لوله را می شود به شرح زیر نام برد :

1- در حجم كم ایجاد سطح بزرگی برای انتقال حرارت می كنند.

2- طراحی مكانیكی خوبی دارند.

3- روش ساخت تثبیت شده خوبی دارند.

4- قابلیت استفاده برای دامنه وسیعی از مواد را دارند.

5- به راحتی تمیز می شوند.

مبدل های حرارتی صفحه ای 

مبدل حرارتی صفحه ای اساسا" با توجه به سادگی نت و با توجه به نیازهای صنایع غذائی در دهه ۱۹۳۰ ابداع شدند و طراحی بهینه آن در دهه ۱۹۶۰ با تکامل موثرتر هندسه صفحات ، مونتاژ اجزا و مواد بهینه تر برای ساخت واشرهای مورد استفاده در این نوع مبدل ها کارآمدتر از گذشته مورد بازبینی قرار گرفت و موارد استفاده از آنها به تمامی صنایع راه پیدا کرد و توانسته است از رقیب خود (مبدل های لوله ای ) پیشی بگیرد . به دلیل تنوع بسیار زیاد محدوده های طراحی این نوع مبدل ها که در نوع صفحات و آرایش آنها قابل بررسی است عملا شرکت های سازنده آنها اطلاعات محرمانه طراحی را اعلام نمی کنند .

مبدل های صفحه ای واشردار تشکیل شده است از تعدادی صفحات نازک با سطح چین دار و یا موج دار که جریان سیال گرم و یا سرد را از هم جدا می کنند .صفحات دارای قطعاتی در گوشه‌ها هستند و به نحوی چیدمان شده اند که دو سیال عامل بصورت یک در میان میان صفحات جریان دارند .طراحی و واشربندی بهینه این امکان را ایجاد می کند که مجموعه از صفحات در کنار یگدیگر تشکیل یک مبدل صفحه ای مناسب را بدهند . .مبدل های حرارتی صفحه ای معمولا "در جریان سیالتی با فشار پائین تر از ۲۵bar و دمای کمتر از ۲۵۰ درجه محدود می شوند .از آنجا که کانالهای جریان کاملا کوچک هستند جریان قوی گردابه ای و توربولانس موجب بزرگ بودن ضرایب انتقال حرارت و افت فشارها می گردد بعلاوه بزرگ بودن تنش برشی موضعی باعث کاهش تشکیل رسوب می شود . واشرها از نشتی سیال به بیرون مبدل جلوگیری می کنند و سیال ها را در صفحات به شکل مورد نظر هدایت می نمایند. شکل جریان عموما" به نحوی انتخاب می شوند که جریان سیالها خلاف جهت یکدیگر باشند .

شمایلی از مبدل حرارتی صفحه ای
مبدل های صفحه ای حلزونی یا مارپیچ 

صفحه ای حلزونی با پیچاندن دو صفحه بلند موازی به شکل یک حلزونی و با استفاده از مندرل و جوش دادن لبه های صفحات مجاور به صورتی که یک کانال را تشکیل دهند ، شکل داده می شود . در هر یک از دو مسیر حلزونی یک جریان ثانویهایجاد می شود که تنتقال حرارت را افزایش و تشکیل رسوب را کاهش میدهد این نوع مبدل های حرارتی بسیارفشرده هستند و طبعا گرن قیمت تمام می شوند .سطح انتقال حرارت برای این مبدل ها درمحدوده ۰٫۵ تا m۲۵۰۰ و فشارکارکرد تا ۱۵ بار و دمای ۵۰۰ سانتیگراد محدوده می شود . این نوع مبدل بیشتر در کاربرد سیال لجن آلود ، مایعات لزج و مایعاتی با ذرات جامد معلق شامل ذرات بزرگ و جریان دو فازی مایع – جامد استفاده می شود . چون این مبدل ها توانایی زیادی در خود تمیز کنی و کم کردن رسوب گیری دارد .

شمایلی از مبدل حلزونی یا مارپیچ
انتخاب مواد برای ساخت مبدل های حرارتی 

طیف گسترده ای از مواد در ساخت مبدل های حرارتی استفاده میگردد. این مواد ممکن است فلزی یا غیر فلزی ( مانند گرافیت ، شیشه ، سرامیک و پلاستیک) باشند. به طور ساده ، فاکتورهای زیر را می‏توان در مورد انتخاب مواد برای مبدل های حرارتی و لوله ها مطرح کرد :
- سازگاری ماده با سیال‏های فرآیند و سایر مواد تشکیل دهنده مبدل ( مانند خوردگی و واکنش با موادی مانند هیدروژن )
- سهولت تولید و ساخت با استفاده از روشهای استاندارد تولید مانند ماشین‏کاری ، ریخته‏گری، نورد و... و روش های جوشکاری
- تحمل شرایط عملیاتی مانند دما و فشار (مواردی مانند استحکام، استحکام خستگی، شکست ترد، سختی، خزش، مقاومت در برابر دما، و ...)
- مسایل مربوط به قیمت و ایمنی از جمله قیمت ساخت، ایمنی و خسارات ناشی از شکست ، هزینه های نگه داری و سرویس
- در دسترس بودن ماده از لحاظ منابع ،
- و مسایل مربوط به اندازه تاسیسات ،و مدت زمان کارآیی و نگه داری و سرویس
- و ...
مواد به طور معمول بر اساس تجربیات پیشین ، تست های خوردگی ، نوشته ها و هندبوک ها و پیشنهاد تولید کنندگان مواد انتخاب می گردند. میزان موفقیت در انتخاب مواد و پروسه ساخت ، در رفتار تاسیسات در عمل ، منعکس میگردد . برای دستیابی به ایمنی و اطمینان کافی ، و کارکرد دایمی و مزایای اقتصادی ، بهتر است انتخاب مواد را بصورت مرحله به مرحله انجام داده و از مرحله طراحی شروع کنیم. و سپس به ترتیب به سراغ ساخت و تولید ، نصب و نگه‏داری برویم. در عمل یک بار ، تاسیسات برای یک بازده معین باید چک گردد. مواد متداول در طراحی مبدل های حرارتی :
1-چدن 2- فولاد کربن دار 3- آلیاژهای فولاد
4- فولاد ضد زنگ 5- آلومینیم و آلیاژهای آن 6- مس و آلیاژهای آن
7- نیکل 8- تیتانیوم 9- زیرکونیم
10- تانتالیوم 11-گرافیت 12- شیشه
13- تفلون 14-سرامیک


رسوب در مبدل ها 

سوب زدائی در مبدلهای حرارتی یكی از پرهزینه ترین مسائل در تعمیر و نگهداری مبدلهاست كه باعث اتلاف سرمایه و همچنین زمان می شود . بطور مثال هزینه های ناشی از ایجاد رسوب در صنایع كشور آمریكا سالانه به ٥ میلیارد دلار می رسد كه هزینه هنگفتی را بر صنایع تحمیل می كند. ایجاد رسوب بر روی سطوح انتقال حرارت باعث كاهش نرخ انتقال حرارت و همچنین افزایش افت فشار می گردد و لذا رسوب زدائی امری اجتناب ناپذیراست كه باعث اتلاف زمان تولید و ایجاد هزینه فراوانی می گردد.

نمونه ای از رسوب در مبدلها.


محاسبات انواع مبدلها 

اصول کلی محاسبه برای مبدلها همان اصول بیان شده در قبل است . یعنی یافتن اختلاف دمای لگاریتمی و ضریب کلی انتقال حرارت با استفاده از ابعاد و شرایط کاری مبدل و سیالهای مورد استفاده و در نهایت انتخاب نوع و آرایش مبدل ها . در مورد انواع مبدلها روابط خوبی برای محاسبات موجود است که می توان با مراجعه به کتاب ها و اطلاعات کارخانه سازنده به آنهادسترسی پیدا کرد.
از انواع دیگر مبدل ها می توان به مبدل های هوا هوا - مبدل های بلوکی - مبدلهای پره ای اشاره کرد. در لینک زیر کتابس موجود است که محاسبات برخی مبدلها در آن آورده شده است.
کتابی در مورد مبدلها



نمونه مسئله


ضریب کلی انتقال گرما


1)در یک دیگ بخار از نوع آتش در لوله ،با جریان محصولات گرم احتراق در لوله های جدار نازک، آبی که روی لوله ها جریان دارد جوش می آید.در زمان نصب،ضریب کلی انتقال گرما 400w/m2.k است.پس از یک سال کار سطوح داخلی و خارجی به ترتیب با ضریب گرفتگی0.0015m2.k/w و0.0005m2.k/w رسوب گرفته اند.آیا وقت تمیز گردن سطوح لوله های دیگ بخار فرا رسیده است؟


2)از لوله ی فولادی k=50w/m.k با قطر داخلی 20mm و قطر خارجی 26mm ، برای انتقال گرما از گازهای گرمی که روی لوله جریان دارد(hh =200w/m2.k)به آب سردی که در لوله جریان دارد(hc=8000w/m2.k)استفاده شده است.ضریب کلی انتقال گرما در سمت سرد ،uc ،چقدر است؟برای تقویت انتقال گرما ،16 پره یمستقیم با مقطع مستطیلی در امتداد سطح خارجی لوله به طور طولی نصب می شود.پره ها در پیرامون لوله به فواصل مساوی قرار گرفته اند.هر پره دارای ضخامت 2mm و طول 15mm است . ضریب کلی انتقال گرمای متناظر ،uc ،چقدر است ؟


3)آب با آهنگ 45500kg/h در مبدل گرمایی ، که دو پاس پوسته وهشت پاس لوله دارد ومساحت سطح کل آن 925m2 است،از 80 درجه ی سانتی گراد تا 150 درجه ی سانتی گراد گرم می شود.خواص ترمو فیزیکی گاز های گرم تقریبا مانند خواص هوایی است که با 35 در جه سانتی گراد وارد و با 175 درجه سانتی گراد خارج می شود. ضریب کلی انتقال گرما را بیابید.


4)گرمکن آب تغذیه ی دیگ بخار از نوع مبدل گرمایی پوسته-لوله ای است ،یک پاس پوسته ودو پاس لوله دارد.مبدل دارای 100 لوله ی جدار نازک ، هر کدام به قطر 20mm و به طو ل 2m (برای هر پاس ) ، است در کارکرد عادی آب با آهنگ 10kg/s با دمای 290k وارد و با چگالش بخار آب اشباع در 1atm روی سطح خارجی لو له ها گرم می شود ،ضریب جابجایی چگالش بخار آب اشباع 10000w/m2.k است.دمای خروجی آب را بیابید.

 




فهرست سایت

بخش آموزش

طبقه بندی

آرشیو

نویسندگان

پیوندها

آمار سایت

  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :

جستجو

آخرین مطالب سایت

اَبر برچسبها

منوی تغییر زبان سایت





Powered by WebGozar


لینک باکس توکان
سیستم افزایش آمار هوشمند مجیک