تُعد حاسبة المبادل الحراري المحوري أداة حيوية للمهندسين والفنيين العاملين في الأنظمة الحرارية. فهي تبسط حساب معدل نقل الحرارة في المبادلات الحرارية المحورية، والتي تُستخدم عادةً في تطبيقات التدفئة والتبريد واستعادة الطاقة. تساعد هذه الحاسبة المستخدمين على تحديد كفاءة تبادل الحرارة بين سائلين في تكوين محوري من خلال مراعاة معلمات مثل معامل انتقال الحرارة, مساحة السطح، والاختلافات في درجات الحرارة.
باستخدام هذه الآلة الحاسبة، يمكن للمستخدمين تصميم أو تحسين المبادلات الحرارية لمختلف الأنظمة الصناعية والتجارية، مما يضمن نقل الطاقة بشكل فعال وكفاءة التكلفة.
حاسبة صيغة المبادل الحراري المحوري
صيغة حساب معدل انتقال الحرارة في المبادل الحراري المحوري هي:
أين:
- س: معدل انتقال الحرارة (وات)
- U: معامل انتقال الحرارة الإجمالي (W/m²K)
- أ: مساحة نقل الحرارة (م²)
- LMTD: الفرق في متوسط درجات الحرارة (كلفن)
الصيغة تجمع بين مفتاح المتغيرات التي تؤثر على أداء المبادل الحراري. فهي تضمن للمهندسين القدرة على تقدير الطاقة الحرارية المنقولة بين السوائل بدقة.
حساب الفرق في متوسط درجات الحرارة اللوغاريتمية (LMTD)
يتم حساب LMTD على النحو التالي:
LMTD = (ΔT₁ - ΔT₂) / ln(ΔT₁ / ΔT₂)
أين:
- ΔT₁: فرق درجة الحرارة عند أحد طرفي المبادل الحراري
- ΔT₂: فرق درجة الحرارة عند الطرف الآخر للمبادل الحراري
- ln: اللوغاريتم الطبيعي
تأخذ هذه القيمة في الاعتبار الاختلافات المتغيرة في درجات الحرارة على طول الطول للمبادل الحراري، مما يوفر تمثيلًا دقيقًا لمتوسط درجة الحرارة التي تحرك انتقال الحرارة.
جدول مرجعي للاستخدام السريع
فيما يلي جدول مرجعي يحتوي على قيم نموذجية لمعاملات نقل الحرارة ومعدلات نقل الحرارة المقابلة لأنظمة مختلفة. هذه القيم تقريبية وتعتمد على التصميم المحدد وظروف التشغيل.
| طلب توظيف جديد | U (وات/م²ك) | أ (م²) | ΔT (ك) | س(و) |
|---|---|---|---|---|
| سخان مياه منزلي | 800 | 1.2 | 30 | 28,800 |
| نظام التبريد الصناعي | 1,500 | 2.5 | 20 | 75,000 |
| نظام تكييف الهواء | 1,000 | 3.0 | 15 | 45,000 |
| وحدة استعادة الحرارة | 1,200 | 2.0 | 25 | 60,000 |
يمكن أن يكون هذا الجدول بمثابة نقطة بداية لتقييم الأنظمة المماثلة دون حسابات مفصلة.
مثال على حاسبة المبادل الحراري المحوري
دعونا نحسب معدل نقل الحرارة للمبادل الحراري المحوري بالمعلمات التالية:
- U (معامل نقل الحرارة الإجمالي): 1,200 واط/م²ك
- أ (مساحة نقل الحرارة): 2.0 متر مربع
- ΔT₁: 40 ك
- ΔT₂: 20 ك
أولاً، احسب LMTD:
LMTD = (ΔT₁ - ΔT₂) / ln(ΔT₁ / ΔT₂)
LMTD = (40 - 20) / ln(40 / 20) ≈ 26.1 كلفن
الآن، احسب Q:
س = و * أ * ل م ت د
س = 1,200 * 2.0 * 26.1 ≈ 62,640 واط
يمكن للمبادل الحراري نقل ما يقارب 62.64 كيلو واط من الطاقة في ظل هذه الظروف.
الأسئلة الشائعة الأكثر شيوعًا
يتكون المبادل الحراري المحوري من أنبوبين متحدة المركز، حيث يتدفق سائل واحد عبر الأنبوب الداخلي وآخر عبر الفضاء الحلقي بين الأنابيب. يستخدم عادة في أنظمة تكييف الهواء والتبريد واستعادة الحرارة الصناعية بسبب تصميمه المدمج وكفاءته.
يأخذ LMTD في الاعتبار الاختلاف المتغير في درجات الحرارة بين السائلين على طول المبادل الحراري. وهو يوفر قياسًا أكثر دقة للقوة الدافعة لنقل الحرارة مقارنة باستخدام متوسط فرق درجات الحرارة البسيط.
يمكن تحسين الكفاءة من خلال استخدام مواد ذات موصلية حرارية عالية، وزيادة مساحة نقل الحرارة، وتحسين السوائل تدفق المعدلات، والحفاظ على فرق كبير في درجة الحرارة بين السوائل.