Тепловая нагрузка
Q = m x cp x (T на входе - T на выходе), m в кг/с, cp в кДж/(кг К), Q в кВт. 50 м3/ч пресной воды при 80 °C (971,8 кг/м3) — 13,4972 кг/с; при охлаждении с 80 до 70 °C и cp 4,18: 13,4972 x 4,18 x 10 = 564,18 кВт.
Справочный инструмент: арифметика, а не подбор теплообменника
Тепловая нагрузка охладителя.
Тепловая нагрузка · тепловой баланс · температурный напор · противоток и прямоток · UA
Расход, температуры, напор.
Введите строку (пресная вода 50 м3/ч 80→70 °C, забортная вода 32 °C 60 м3/ч; или Q 500 кВт горячая 80/70, холодная 32/? 60 м3/ч) или заполните поля: строка и поля связаны и меняются вместе.
Примеры:
Оставьте пустым одно поле — расход или температуру, — и калькулятор найдёт его по тепловому балансу. Теплоёмкость и плотность пресной и забортной воды подставляются сами; для масла и других сред введите их из паспорта.
Другие инструменты: 130
Введите расход и температуры на входе и выходе одной стороны охладителя, пластинчатого или кожухотрубного, и калькулятор покажет тепловую нагрузку (тепловой поток), Q = m x cp x (T на входе - T на выходе). По тепловому балансу он найдёт недостающую температуру на выходе или расход другой стороны, а по температурам на концах — среднелогарифмический температурный напор (LMTD) для противотока и, по выбору, для прямотока, и UA = Q / LMTD. Объёмный расход переводится в массовый по плотности; для пресной и забортной воды теплоёмкость и плотность подставляются, для масла и других сред их вводят из паспорта. Расчёт показан по шагам с вашими числами, а результат можно скопировать строкой.
Только арифметика: без коэффициентов загрязнения, без типичных коэффициентов теплопередачи, без рекомендаций по минимальному температурному напору и без подбора аппарата. Поправочный коэффициент F для многоходовых и перекрёстноточных аппаратов не учитывается. Размер и исполнение теплообменника определяют данные его изготовителя и проект установки.
Как считается
Нагрузка, баланс, напор.
Тепловой баланс
Сколько тепла отдаёт горячая сторона, столько принимает холодная. 60 м3/ч забортной воды (17,0833 кг/с, cp 4,00) нагреваются на 564,18 / (17,0833 x 4,00) = 8,26 К: с 32 до 40,26 °C. Недостающий расход: m = Q / (cp x разность температур).
Температурный напор и UA
LMTD = (dT1 - dT2) / ln(dT1 / dT2). Противоток: 80 - 40,26 = 39,74 К и 70 - 32 = 38 К дают 38,87 К; прямоток: 48 К и 29,74 К дают 38,15 К. UA = Q / LMTD = 564,18 / 38,87 = 14,52 кВт/К, без поправки F.
| Расход, м3/ч | Пресная вода, кг/с | Пресная вода, кВт на 10 К | Забортная вода, кг/с | Забортная вода, кВт на 10 К |
|---|---|---|---|---|
| 5 | 1,378 | 57,6 | 1,424 | 56,9 |
| 10 | 2,756 | 115,2 | 2,847 | 113,9 |
| 20 | 5,512 | 230,4 | 5,694 | 227,8 |
| 50 | 13,781 | 576,0 | 14,236 | 569,4 |
| 100 | 27,561 | 1152,1 | 28,472 | 1138,9 |
| 200 | 55,122 | 2304,1 | 56,944 | 2277,8 |
| 500 | 137,806 | 5760,3 | 142,361 | 5694,4 |
Числа — арифметика Q = m x cp x 10 К с подстановками этой страницы: пресная вода 992,2 кг/м3 (40 °C) и cp 4,18 кДж/(кг К), забортная вода 1025 кг/м3 и cp 4,00 кДж/(кг К). При другом изменении температуры нагрузка меняется пропорционально.
Источники
Расчёт — определение тепловой нагрузки, Q = m x cp x разность температур, и среднелогарифмического температурного напора, LMTD = (dT1 - dT2) / ln(dT1 / dT2), для противотока и прямотока, как в учебниках теплопередачи. Теплоёмкость пресной воды 4,18 кДж/(кг К) для 20–60 °C и плотности 999,1 кг/м3 при 15 °C, 992,2 при 40 °C, 983,2 при 60 °C и 971,8 при 80 °C сверены по двум независимым источникам. Теплоёмкость забортной воды 4,00 кДж/(кг К) при 35 г/кг около 20 °C сверена по двум независимым источникам; типичная плотность 1025 кг/м3 (у поверхности моря около 1020–1029 кг/м3) — по двум справочным источникам. Для масла подстановки нет: два источника не дали одного типичного значения. 1 ккал = 4,1868 кДж точно (международная калория), поэтому 1 ккал/ч = 1,163 Вт. Паспорт среды и данные изготовителя аппарата всегда важнее подстановок.
Перед расчётом
Вопросы о тепловой нагрузке
Как считается тепловая нагрузка охладителя?
Q = m x cp x (T на входе - T на выходе) по одной стороне, где массовый расход m в кг/с и теплоёмкость cp в кДж/(кг К), результат в кВт. Объёмный расход переводят в массовый по плотности: 50 м3/ч пресной воды при 80 °C, 971,8 кг/м3, — это 50 / 3600 x 971,8 = 13,4972 кг/с. При охлаждении с 80 до 70 °C и cp 4,18 кДж/(кг К): Q = 13,4972 x 4,18 x 10 = 564,18 кВт.
Как найти недостающую температуру на выходе или расход?
По тепловому балансу: сколько тепла отдаёт горячая сторона, столько принимает холодная. При 564,18 кВт и 60 м3/ч забортной воды плотностью 1025 кг/м3 (17,0833 кг/с) с cp 4,00 кДж/(кг К) вода нагревается на 564,18 / (17,0833 x 4,00) = 8,26 К, с 32 до 40,26 °C. Недостающий расход находят так же: m = Q / (cp x разность температур).
Что такое среднелогарифмический температурный напор и чем отличаются противоток и прямоток?
LMTD = (dT1 - dT2) / ln(dT1 / dT2), где dT1 и dT2 — разности температур на двух концах аппарата. В противотоке это разности температур горячей среды на входе и холодной на выходе, горячей на выходе и холодной на входе: 80 - 40,26 = 39,74 К и 70 - 32 = 38 К дают 38,87 К. В прямотоке — разности температур обеих сред на входе и обеих сред на выходе: 48 К и 29,74 К дают 38,15 К. Если разности равны, напор равен этой разности: 38 К и 38 К дают 38 К.
Что такое UA и почему нет поправочного коэффициента?
UA = Q / LMTD — произведение коэффициента теплопередачи на площадь, которое требуется для этой нагрузки и этих температур: 564,18 кВт / 38,87 К = 14,52 кВт/К в противотоке. Это UA для чистого противотока или чистого прямотока. Для многоходового кожухотрубного или перекрёстноточного аппарата к напору нужен поправочный коэффициент F по методике его изготовителя; эта страница F не учитывает.
Какие теплоёмкость и плотность берутся?
Для пресной воды — cp 4,18 кДж/(кг К), значение для 20–60 °C, и плотность из короткой таблицы (999,1 кг/м3 при 15 °C, 992,2 при 40 °C, 983,2 при 60 °C, 971,8 при 80 °C) в точке, ближайшей к температуре на входе. Для забортной воды — cp 4,00 кДж/(кг К) при солёности 35 г/кг около 20 °C и типичные 1025 кг/м3. Для масла и других сред подстановки нет: введите из паспорта среды теплоёмкость, а для объёмного расхода — и плотность.
Почему калькулятор отклоняет некоторые температуры?
Тепло переходит только от более горячей среды к более холодной. В противотоке холодная среда на выходе может быть теплее горячей на выходе, но не теплее горячей на входе; в прямотоке холодная на выходе остаётся холоднее горячей на выходе. Горячая вода 80→50 °C и холодная 30→60 °C возможны в противотоке (по 20 К на обоих концах, напор 20 К), но не в прямотоке. Загрязнение, коэффициент теплопередачи и размер аппарата задают изготовитель теплообменника и проект установки; цифр для них на этой странице нет.
Нужны пластины, прокладки или трубный пучок?
Отправьте строку вместе с фото таблички теплообменника.
Калькулятор считает нагрузку по введённым числам. Если нужны пластины, прокладки, трубный пучок или уплотнения к охладителю, приложите фото таблички аппарата, и Vessel Core сверит данные до того, как предложение уйдёт к вам.
Инструменты покупателя
