يُعد حساب مساحة انتقال الحرارة الصحيحة الخطوة الأكثر أهمية في تصميم مبادل حراري ذي غلاف وأنابيب. المبادل ذو الحجم الصغير يفشل في تلبية الحمل الحراري، بينما الوحدة ذات الحجم الكبير تهدر رأس المال وقد تسبب سرعة منخفضة في جانب الأنابيب مما يؤدي إلى التلوث. هذا الدليل يوضح منهجية الحساب الكاملة مع مثال عملي.
يبدأ تحديد حجم جميع المبادلات الحرارية هنا:
Q = U × A × LMTD
إعادة ترتيب المعادلة لحساب المساحة:
A = Q / (U × LMTD)
احسب Q من موازنة طاقة سائل العملية:
Q = ṁ × cالجانب الساخن × ΔT
التأثيرمثال: تبريد 10 كجم/ثانية من مياه العملية من 80 درجة مئوية إلى 40 درجة مئوية (cp ≈ 4,180 جول/كجم·كلفن):Q = 10 × 4,180 × (80 - 40) = الجانب الساخن3. الخطوة 2: حساب LMTDLMTD = (85 - 60) / ln(85/60) = 25 / 0.3483 = LMTD = (ΔT₁ - ΔT₂) / ln(ΔT₁ / ΔT₂)
حيث ΔT₁ و ΔT₂ هما فرق درجات الحرارة عند كل طرف من طرفي المبادل:الطرفالجانب الساخنالجانب البارد
ΔTالمدخل (ΔT₁)
35 درجة مئوية (بارد يخرج)
85 درجة مئوية
المخرج (ΔT₂)
| 80 درجة مئوية (ساخن يخرج) | 20 درجة مئوية (بارد يدخل) | 60 درجة مئوية | LMTD = (85 - 60) / ln(85/60) = 25 / 0.3483 = |
|---|---|---|---|
| 71.8 درجة مئوية | لتكوينات متعددة الممرات أو التدفق المتقاطع، اضرب في عامل التصحيح F (0.8-1.0) وفقًا لمعايير TEMA. | 4. الخطوة 3: اختيار قيمة U | يمثل معامل انتقال الحرارة الكلي U المقاومة الحرارية المجمعة لتوصيل جدار الأنبوب، والتلوث على كلا الجانبين، ومعاملات الغلاف المتقارب. النطاقات النموذجية: |
| الخدمة | زوج السوائل | U (واط/م²·كلفن) | ماء / ماء |
مياه العملية / مياه التبريد800-1,500
زيت / ماء
300-500
| غاز / ماء | غاز العادم / مياه تغذية الغلاية | 30-60 |
|---|---|---|
| بخار / ماء | بخار متكثف / مياه تبريد | 1,500-4,000 |
| كيميائي / ماء | مذيب عضوي / مياه تبريد | 250-600 |
| لمثالنا، نختار U = 1,200 واط/م²·كلفن لخدمة الماء إلى الماء. | 5. الخطوة 4: حساب المساحة المطلوبة | عوض بالقيم في المعادلة المعاد ترتيبها: |
| A = Q / (U × LMTD) = 1,672,000 / (1,200 × 71.8) = | 19.4 م² | أضف هامش تصميم بنسبة 10-15% للتلوث والتقلبات التشغيلية: |
| A | design | = 19.4 × 1.15 = |
22.3 م²
يتم توفير المساحة المطلوبة فعليًا بواسطة حزمة الأنابيب:
A = n × π × do
× L
حيث n هو عدد الأنابيب، do هو القطر الخارجي للأنبوب، و L هو الطول الفعال للأنبوب.تحديد حجم حزمة الأنابيبباستخدام أنابيب بقطر خارجي 19.05 مم وطول فعال 3,000 مم:المساحة لكل أنبوب = π × 0.01905 × 3.0 =
الأنابيب المطلوبة = 22.3 / 0.1795 =
125 أنبوبًاالعامل
التأثيرالإرشاداتالتلوثيقلل U بمرور الوقتترتيب التدفقالتدفق المعاكس يزيد LMTD إلى أقصى حداستخدم التدفق المعاكس عند الإمكان؛ طبق عامل F للممرات المتعددة
يؤثر على التدفق في جانب الغلاف و U
مصفوفة مثلثة للطور الواحد؛ مربعة دوارة لخدمة التلوثتباعد الحواجز
يتحكم في سرعة جانب الغلافالقطع: 25%؛ التباعد: 0.2-1.0 × قطر الغلاف الداخلي
| منخفض جدًا → تلوث؛ مرتفع جدًا → تآكل | سائل: 1-3 م/ث؛ غاز: 15-30 م/ث | قائمة مرجعية موجزة |
|---|---|---|
| حساب Q | من تدفق الكتلة، والحرارة النوعية، و ΔT | تحديد LMTD |
| من أربع درجات حرارة طرفية (طبق عامل F للتكوينات المعقدة) | اختيار قيمة U | من جداول مرجعية أو حساب مقاومة مفصل |
| حساب A = Q / (U × LMTD) | وإضافة هامش تصميم بنسبة 10-15% | التحويل إلى عدد الأنابيب: |
| n = A / (π × d | o | × L) |
| هل تحتاج إلى مبادل حراري ذي غلاف وأنابيب مصمم خصيصًا لمواصفات عمليتك؟ | اتصل بمجموعة Yuhong | للحصول على الدعم الهندسي وعرض أسعار تنافسي. نحن نوفر مبادلات حرارية كاملة، وحزم أنابيب، وألواح أنابيب، وحواجز، ورؤوس مشكلة مع شهادة ASME كاملة. |
