Reklama
Reklama
 
 
 
Reklama
Zagadnienia numerycznego projektowania chłodniczych wymienników ciepła
Ocena użytkowników: / 3
SłabyŚwietny 
Data dodania: 07.01.2011
W artykule omówiono konstrukcje wymienników ciepła spotykanych najczęściej w obiegach lewobieżnych. W artykule omówiono również problem zbieżności równań podczas numerycznego projektowania.

Wymienniki ciepła stosowane w obiegach lewobieżnych

Na krajowym rynku najczęściej spotyka się urządzenia produkowane seryjnie o określonej przez producenta wydajności cieplnej oraz o budowie płytowej lub płaszczowo-rurowej. W dużych układach chłodniczych, które pracują w systemach trigeneracji wymienniki budowane są na zamówienie. Wtedy dostosowuje się je do obciążeń cieplnych wynikających z przyjętych warunków eksploatacyjnych istniejących instalacji energetycznych. Do projektowania wykorzystuje się komercyjne kody CFD lub kody własne w zależności od typu procesu wymiany ciepła (skraplanie, wrzenie). W instalacjach obiegów lewobieżnych spotyka się najczęściej urządzenia, w których zachodzą procesy:

„„ - odzysku ciepła z pary przegrzanej,
„ - skraplania,
„„ - wrzenia.

Na rysunku 1 przedstawione są strefy występujące w skraplaczu i parowniku na przykładzie wymiennika wentylatorowego. W układach chłodniczych najczęściej stosowane są wymienniki typu czynnik chłodniczy-powietrzne (parowniki i skraplacze) (rys. 2). Wykonane są one zazwyczaj w postaci układu kilku wężownic, na których osadzone są żebra (lamele). W przypadku małych wymienników stosuje się wężownice jednodrogowe. Gdy występują duże opory przepływu buduje się skraplacze wielodrogowe, w których wężownice są zasilane ze wspólnego kolektora. Materiały stosowane w budowie tych wymienników powinny charakteryzować się dobrą przewodnością cieplną. Wężownice wykonuje się najczęściej z miedzi a lamele z aluminium lub jego stopów. Czasami stosuje się również stal.

Rys. 1. Zasada działania wymiennika powietrznego a) skraplanie, b) wrzenie [1]
Rys. 2. Wymienniki typu czynnik chłodniczy - powietrzne


Odrębną grupą wymienników stosowanych w chłodnictwie są skraplacze wodne. Schemat ideowy typowego skraplacza płaszczowo-wężownicowego przedstawiono na rysunku 3.

Rys. 3. Skraplacz płaszczowo-wężownicowy [1]


Płaszcz skraplacza wykonany jest z rury bez szwu (1), do której dopasowane są stalowe denka (2). Czynnik skrapla się na zewnętrznych ściankach wężownicy (3), którą przepływa czynnik chłodzący (woda). Mechanizm skraplania w tego typu skraplaczach jest analogiczny jak w przypadku skraplaczy chłodzonych powietrzem, z tym że ciepło oddawane w procesie chłodzenia cieczy i pary oraz skraplania jest pobierane nie przez powietrze tylko przez wodę.

Na rysunku 4 przedstawiono skraplacz płaszczowo-rurowy. Tego typu skraplacze wykonuje się w wersji poziomej i pionowej. W agregatach chłodniczych wykorzystuje się tylko skraplacze leżące, nad nimi umieszcza się sprężarkę. W skraplaczu płaszczowo-rurowym wewnątrz rurek (2) przepływa czynnik chłodzący (woda). Na powierzchni rurek następuje skraplanie czynnika chłodniczego znajdującego się w przestrzeni pomiędzy płaszczem (1) a rurkami. Skroplony czynnik pod wpływem sił masowych spływa w dół, zalegając w przestrzeni pomiędzy dolnym rzędem rur a płaszczem.

Rys. 4. Skraplacz płaszczowo-rurowy [1]


Obiegi lewobieżne są obecnie nie tylko stosowane do procesów przechowalniczych. Wykorzystywane są również jako systemy grzewcze (pompy ciepła). W pompach ciepła, wykorzystujących ciepło z otoczenia rozróżnia się trzy podstawowe źródła ciepła:

„ - powietrze (zimą posiada najbardziej niekorzystne warunki);
„„ - woda (ponieważ woda w czasie zimy posiada +8 do +12°C jest ona dobrym źródłem ciepła)
„„ - grunt (na głębokości od 1,2 do 1,8 m odnotowuje się średnioroczne równomierny rozkład temperatury, co umożliwia ekonomiczne wykorzystanie jako dolne źródło pompy ciepła).

W zależności od typu dostępnego źródła ciepła oraz wybranego rozwiązania konstrukcyjnego dobiera się odpowiednie wymienniki współpracujące z systemem chłodniczym. Skraplacze wówczas mogą być instalowane w zasobniku wody ciepłej. A parowniki, jako że najczęściej współpracują z systemem pośredniczącym instalowane są jako typowe wymienniki płytowe.

Niestabilności numeryczne podczas doboru powierzchni wymienników ciepła (...)

Podsumowanie

Wymienniki ciepła stosowane w obiegach chłodniczych i pompach ciepła posiadają różnorodne konstrukcje. Dobiera się określone rozwiązanie techniczne takiego wymiennika ciepła w zależności od oczekiwań. Tym niemniej czasami istnieje potrzeba wyznaczenia podstawowych parametrów geometrycznych wymiennika i w tym celu należy wykonać obliczenia projektowe. By uniknąć błędów w czasie projektowania należy wiedzieć, co może być przyczyną braku zbieżności niektórych kodów numerycznych stosowanych w procesie projektowania. Jedną z tych przyczyn może być nieliniowość układu równań co wykazano w drugiej części artykułu.

LITERATURA

[1] Starowicz Z., Zaborski Z.: Domowe i handlowe urządzenia chłodnicze – poradnik obsługi. WNT 1989 Warszawa 1989.
 

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2021

  • Pompy ciepła 2020-2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2020

  • Pompy ciepła 2019-2020

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019

  • Pompy ciepła 2018

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2017

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2018

  • Pompy ciepła 2015

  • Pompy ciepła 2016

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.