Теплообменник своими руками, делимся опытом. (Просматривает: 1)

[Примусолог]

Взвесил всю свою систему отопления без аккумулятора (композитник 12л-полный, ТО (нержавейка) + 2 Гефеста (один с термогенератором), только труба высотой 2,1м-1,9кг, всякие трубки, редуктор, подставка, кейс и т.п.)-20,3кг!

Это печально. Есть над чем работать. Зато автономность ограничена лишь запасами топлива. Датчик тяги надо делать по температуре: если она упала, то значит тяга прекратилась. Ну и блокировка на время запуска.

 

[асм]

Как его выбрать? Они ж срабатывают по превышению опр. температуры в зоне их размещения.

Петрович, я ничего не выбирал.Просто использую возможности стандартного ГК срабатывать при понижении температуры p-n
перехода при увеличении турбулентности факела для ГК. На рассекателе большой площади турбулентность всех факелов резко возрастает при плохой тяге.

 

[Сто первый]

Петрович, я ничего не выбирал.Просто использую возможности стандартного ГК срабатывать при понижении температуры p-n
перехода при увеличении турбулентности факела для ГК. На рассекателе большой площади турбулентность всех факелов резко возрастает при плохой тяге.

Это очень неоднозначные условия для устройства защиты. Пока вижу только отсечку газа по уровню кислорода ближе к полу накопился по полу СО2 как наиболее тяжелый, пилотная горелка и погасла. Вот как быть с теплообменником не знаю-там же вентиляторы всё перемешают.

 

[bad77]

Петрович, я ничего не выбирал.Просто использую возможности стандартного ГК срабатывать при понижении температуры p-n
перехода при увеличении турбулентности факела для ГК. На рассекателе большой площади турбулентность всех факелов резко возрастает при плохой тяге.

я когда эксперименты ставил с ТО в разрыв ГК штатными средствами как раз и ставил "датчик тяги" - таблетка KSD. Правд я ее ставил на превышение температуры корпуса ТО (т.е. отказ кулера), т.е. с нормально-закрытым контактом.

Если есть желание реализовать - можно поставить с нормально-открытым контактом в трубу подобрав необходимую температуру датчика - будет работать.

 

[асм]

Это очень неоднозначные условия для устройства защиты.

Это абсолютно верно для горелки со стандартным рассекателем, который я выкинул сразу же после первой ночевки с газом.
ГК на большом рассекателе (да еще и с водяным охлаждением) ведет себя очень однозначно.В начале моих опытов
он вообще отказывался работать от бутана (отключаясь аккурат посреди рыбалки), пока я не победил его известным тебе способом .
Теперь я просто не мешаю "железу" работать и стараюсь не усложнять и без того достаточно хитрую систему отопления.

 

[Phenix-ekb]

Всем привет!
Решил к окончанию зимнего сезона выложить результаты испытаний работы газового термогенератора под пластинчатым ТО в палатке Лотос 3.
Для обеспечения безопасной работы производителю любого ТО необходимо добиться набора хотя бы минимальных функций защиты от нештатных ситуаций. В качестве основной такой защиты считается установка датчика тяги внутри вытяжной трубы. Правда, ни в одном ТО для палаток его пока нет и, при существующей стоимости человеческой жизни, похоже, не будет (очень сильно хотел бы ошибиться.)
Функции датчика тяги мне удалось заставить выполнять стандартный ГК, который теперь не дает включиться моей горелке при полностью снятой трубе (при -5Сº на улице горелка у меня не включается и с трубой длиной в 1 метр).
Теперь немного бесит немедленное отключение горелки при любых порывах ветра при открытой палатке. На следующий сезон надо будет факел ГК сделать полностью закрытым.
Есть подозрение, что при полном штиле этот эффект (работа ГК в качестве датчика тяги) наблюдаться не будет, но на него еще надо умудриться на Волге попасть.
На одной из рыбалок поленился поставить вертикальную направляющую на сливную трубу помпы.
Через 22 часа при снятии теплого пола обнаружил нестандартную лунку (при толщине льда 45см) больше напоминающую майну.
Так же замерил скорость и температуру воздушного потока на расстоянии 50см от среза ТО по сравнительной таблице Алексея (bad77). При 10,6В на кулерах от термогенератора анемометр показал всего 2,9м/с при Т= +38Сº. Без термогенератора ТО раньше выдавал на 10Сº больше (при 12В от аккумулятора). Уменьшения температуры в палатке почему-то не заметил (все те же 20-25Сº), но и ниже -10Сº в этом сезоне не попадал.
Расход газа увеличился прилично, 4,7кг газа выжигаю за 22 часа (ГОК на 1), после чего ГК отключает ТО.
На остатках газа второй обычный Гефест работает штатно еще часа два. Без термогенератора раньше через сутки у меня оставалось 2-2,5кг газа, который приходилось просто сливать.
При ГОК на 11 расход газа увеличивается до 300г/час (при этом тепловая мощность горелки доходит до 3,5кВт), но сидеть при +40Сº не реально, можно только лежать на раскладушке.
При всех испытаниях термогенератор штатно выдавал до 11Вт DC (из них 7Вт на кулеры, 1,5-3Вт – на освещение или зарядку кнопочного телефона, 0,6Вт – на помпу охлаждения).
В среднем можно считать, что на каждые 10Вт снимаемой электрической мощности с 16-ти элементов Зеебека надо затратить лишних до 100г газа в час.
На нагревающий радиатор поставил термостат на 140Сº в цепь ГК при аварийном отключении помпы, но проверить его в работе руки пока не дошли.
Взвесил всю свою систему отопления без аккумулятора (композитник 12л-полный, ТО (нержавейка) + 2 Гефеста (один с термогенератором), только труба высотой 2,1м-1,9кг, всякие трубки, редуктор, подставка, кейс и т.п.)-20,3кг!
Так что никаких чудес в физике по-прежнему не наблюдается.
Посмотреть вложение 11092748Посмотреть вложение 11092752Посмотреть вложение 11092753

Спасибо за ваши изыскания и освещение подобного технического "бреда". Читаю, размышляю и понимаю, что все нужно уже сущестувует в ТО Сухой.
Без обид.

 

[асм]

Страничка малопосещаемая, поэтому пусть лежит здесь. Все равно никто читать не будет .
Расчет пластинчатого теплообменника ​

Проведем тепловой расчет газового пластинчатого ТО для нагревания воздуха при перекрестном токе тепловых потоков.

​

Начальная температура нагревающего потока tн1=400°С, конечная tк1=170°С.
Начальная температура охлаждающего потока tн2=15°С, конечная tк2=80°С.
ΔtБ=320°С, ΔtМ=155°С (как для противотока).
Найдем среднюю разность температур между теплоносителем и рабочей средой (средний температурный напор Δtср – разность температур между теплоносителями на концах аппарата) по формуле:

Δtср= (Δtб – Δtм)/ln(Δtб/Δtм) = (320-155)/ln1,93=165/0,66=250°С
или
Δtср= (Δtб + Δtм)/2 = (320+155)/2=135/2=237°С.​

2. В качестве нагревающего агента используем горячий воздух от Гефеста с самодельным рассекателем большой площади (18 см х16 см) с жиклером 0,95мм.
При средней температуре Δtср.=250°С, воздух будет иметь следующие свойства:
теплоемкость: Свозд.=1050 Дж/кг·К
теплопроводность: λвозд.= 0,046Вт/м·К
вязкость: μвозд.= 0,000028Па·с
плотность: ρвозд.= 0,674кг/м³.
Критерий Прандтля для рабочей среды определяем по формуле:
Рrвозд.= (Cвозд.· μвозд.)/ λвозд. = (1050 ·0,000028) /0,046= 0,64
3.Проведем предварительный тепловой расчет.
Массовый расход рабочей среды находим, зная объемную производительность двух моих кулеров по 126,75м³/час каждый (SUNON PF92251V1-A99-A (92 ММ)), используя формулу:
Gр = Vр · Рр.=0,07 м³/c · 0,674кг/м³=0,047кг/c
Находим тепловой поток в аппарате по формуле :
Q = Gр.· Свозд.·(tк2- tн2)=0,047кг/c·1050Дж/(кг·К) (80-15)К=3207Вт
Почему-то мощность получилась больше чем реальный расход газа, оставлю как есть, все равно никто не заметит .
Принимаем ориентировочное минимальное среднее значение коэффициента теплоотдачи Кср=50 Вт/(м2·К) (таблица IV.2) (берем минимум из строки №3, практическую реализацию строки 4 в трубчатом ТО представить себе не могу).
Определяем ориентировочную поверхность теплообмена по формуле:
Из расчета Fор = Q /(Кср · Δtср ) = 3207/(50 · 250) = 0,26м²
4.Проводим уточненный тепловой расчет, определяя коэффициенты теплоотдачи для горячей рабочей среды от горелки с рассекателем большой площади и холодного воздуха от кулеров ТО и рассчитываем коэффициент теплопередачи; при этом реализуем следующую общую цепочку расчета:
V→ ω → Re→ Nu → α1→ α2 →Kут → F
где V и ω – объемные расходы и скорости движения воздушных потоков через ТО;
Re и Nu – критерии Рейнольдса и Нуссельта для горячей рабочей среды от горелки и холодного воздуха из палатки;
α1, α2 – коэффициенты теплоотдачи (для рабочей среды от горелки и воздуха от кулеров);
Кут – уточненный коэффициент теплопередачи.
ωв=(Vв·zв)/(m в·fв)
ωв=V / fв= 3,0 м/с (из моих полевых опытов с анемометром)
Общий расход воздуха по составит:
Vв = Q/( ρвозд· Свозд·( tн2- tк2)= 3207Вт/(0,674кг/м³ ·1050 Дж/кг·К·65°С)=3207Вт/38923,5=0,07 м³/c
Тогда коэффициент теплоотдачи α2 от нагретой стенки ТО к холодному воздуху от кулеров составит:
α2 = C2·λв· (ωв ·ρв / μв)^0,65·Pr^0,35 Вт/(м²·K)
где С2 – коэффициент, принимаемый с учетом коэффициента оребрения. Пусть он будет 0,5.
α2=0,5·0,046Вт/м·К·(3,0м/с·0,674кг/м³/0,000028Па·с)^0,65·0,871
=0,023·1439,146·0,871= 33,97 Вт/(м²·K).
Определяем приведенный коэффициент теплоотдачи
αпр = C1·α2 = 0,83х34=28,22
Рассчитываем коэффициент теплоотдачи α1 (от рабочих тепловых газов горелки к поверхности стенки ТО) с использованием общей формулы как:

α1 = Nu·λp / dв​

где: λp – коэффициент теплопроводности для охлаждаемой стенки;
dв – периметр канала ТО (м), зависящий от исполнения ТО = 36см+2см=38см=0,38м
Уточняем значения wp и Re для аппарата с выбранным значением nx=8:
wр' = Vр /(0,785·dв2·nx ),
где: nx – число каналов в ТО (8 шт.);
wр' =2,5/(0,785·0,38·8)= 2,5/2,386=1,047
Re = wр'·dв·ρp / μp
Re =1,047·0,38·0,674/0,000028=0,268/0,000028=9584 (критерий Рейнольдса)
Для расчета α1 принимаем турбулентный режим движения (Re=10^4)
и определяем скорость движения воздуха в каналах (wp) и количество
каналов (nx), обеспечивающий турбулентный режим движения, по формулам:

wp = Re·μp / (dв·ρp ), м/c

nx = Vp /(0,785·dв2·wp),​

Находим значение критерия Нуссельта (Nu) с учетом действительного значения критерия Рейнольдса (Re) и критерия Прандтля (Pr), определенного с учетом свойств среды при средней температуре:

Nu = 0,021·Re^0,8·Pr^0,43, где Pr = Cp·μp / λp​

Nu =0,021·9628^0,8·0,64^0,43=0,021·1537,54·0,825=26,63C учетом полученных значений критерия Nu находим коэффициент теплоотдачи для рабочей среды - α1, используя формулу:
α1 = Nu·λp / dв
α1 =0,021 ∙ (0,046Вт/м·К / 0,0188 м ) ∙ 0,858 ∙ 0,8248 =0,021 ∙ 2,44 ∙ 0,858 ∙ 0,8248 = 0,036 Вт/(м2 ∙˚С)

Рассчитываем уточненное значение коэффициента теплопередачи, по формуле вида

Вт/(м2·K)​

где: Σr – общее термическое сопротивление стенки (м2·K/Вт),
определяемое по формуле вида:

Σr=rз1+ δст /λст + rз2
Σr=1/30,63+0,0005/17+1/33,97=0,0326+0,0000294+0,0294=0,062​

Тогда kут=1/0,062=16,12 Вт/(м2·К).
Рассчитаем уточненную площадь поверхности теплообмена:
Fут = Q /(Кут · Δtср ) = 3207/(16,12 · 250) =3207/4030= 0,79м2
Площадь моей кастрюли всего 0,27 м2.
Вывод - либо увеличивать площадь теплосъема, либо мощность кулеров.
Я поступил проще – 1кВт тепловой мощности стал тратить на 10Вт электрической, АКБ выкинул.
Таблица IV.2

 

[EvgenyTs]

Страничка малопосещаемая, поэтому пусть лежит здесь. Все равно никто читать не будет .
Расчет пластинчатого теплообменника ​

Проведем тепловой расчет газового пластинчатого ТО для нагревания воздуха при перекрестном токе тепловых потоков.

Посмотреть вложение 11969683​

Начальная температура нагревающего потока tн1=400°С, конечная tк1=170°С.
Начальная температура охлаждающего потока tн2=15°С, конечная tк2=80°С.
ΔtБ=320°С, ΔtМ=155°С (как для противотока).
Найдем среднюю разность температур между теплоносителем и рабочей средой (средний температурный напор Δtср – разность температур между теплоносителями на концах аппарата) по формуле:

Δtср= (Δtб – Δtм)/ln(Δtб/Δtм) = (320-155)/ln1,93=165/0,66=250°С
или
Δtср= (Δtб + Δtм)/2 = (320+155)/2=135/2=237°С.​

2. В качестве нагревающего агента используем горячий воздух от Гефеста с самодельным рассекателем большой площади (18 см х16 см) с жиклером 0,95мм.
При средней температуре Δtср.=250°С, воздух будет иметь следующие свойства:
теплоемкость: Свозд.=1050 Дж/кг·К
теплопроводность: λвозд.= 0,046Вт/м·К
вязкость: μвозд.= 0,000028Па·с
плотность: ρвозд.= 0,674кг/м³.
Критерий Прандтля для рабочей среды определяем по формуле:
Рrвозд.= (Cвозд.· μвозд.)/ λвозд. = (1050 ·0,000028) /0,046= 0,64
3.Проведем предварительный тепловой расчет.
Массовый расход рабочей среды находим, зная объемную производительность двух моих кулеров по 126,75м³/час каждый (SUNON PF92251V1-A99-A (92 ММ)), используя формулу:
Gр = Vр · Рр.=0,07 м³/c · 0,674кг/м³=0,047кг/c
Находим тепловой поток в аппарате по формуле :
Q = Gр.· Свозд.·(tк2- tн2)=0,047кг/c·1050Дж/(кг·К) (80-15)К=3207Вт
Почему-то мощность получилась больше чем реальный расход газа, оставлю как есть, все равно никто не заметит .
Принимаем ориентировочное минимальное среднее значение коэффициента теплоотдачи Кср=50 Вт/(м2·К) (таблица IV.2) (берем минимум из строки №3, практическую реализацию строки 4 в трубчатом ТО представить себе не могу).
Определяем ориентировочную поверхность теплообмена по формуле:
Из расчета Fор = Q /(Кср · Δtср ) = 3207/(50 · 250) = 0,26м²
4.Проводим уточненный тепловой расчет, определяя коэффициенты теплоотдачи для горячей рабочей среды от горелки с рассекателем большой площади и холодного воздуха от кулеров ТО и рассчитываем коэффициент теплопередачи; при этом реализуем следующую общую цепочку расчета:
V→ ω → Re→ Nu → α1→ α2 →Kут → F
где V и ω – объемные расходы и скорости движения воздушных потоков через ТО;
Re и Nu – критерии Рейнольдса и Нуссельта для горячей рабочей среды от горелки и холодного воздуха из палатки;
α1, α2 – коэффициенты теплоотдачи (для рабочей среды от горелки и воздуха от кулеров);
Кут – уточненный коэффициент теплопередачи.
ωв=(Vв·zв)/(m в·fв)
ωв=V / fв= 3,0 м/с (из моих полевых опытов с анемометром)
Общий расход воздуха по составит:
Vв = Q/( ρвозд· Свозд·( tн2- tк2)= 3207Вт/(0,674кг/м³ ·1050 Дж/кг·К·65°С)=3207Вт/38923,5=0,07 м³/c
Тогда коэффициент теплоотдачи α2 от нагретой стенки ТО к холодному воздуху от кулеров составит:
α2 = C2·λв· (ωв ·ρв / μв)^0,65·Pr^0,35 Вт/(м²·K)
где С2 – коэффициент, принимаемый с учетом коэффициента оребрения. Пусть он будет 0,5.
α2=0,5·0,046Вт/м·К·(3,0м/с·0,674кг/м³/0,000028Па·с)^0,65·0,871
=0,023·1439,146·0,871= 33,97 Вт/(м²·K).
Определяем приведенный коэффициент теплоотдачи
αпр = C1·α2 = 0,83х34=28,22
Рассчитываем коэффициент теплоотдачи α1 (от рабочих тепловых газов горелки к поверхности стенки ТО) с использованием общей формулы как:

α1 = Nu·λp / dв​

где: λp – коэффициент теплопроводности для охлаждаемой стенки;
dв – периметр канала ТО (м), зависящий от исполнения ТО = 36см+2см=38см=0,38м
Уточняем значения wp и Re для аппарата с выбранным значением nx=8:
wр' = Vр /(0,785·dв2·nx ),
где: nx – число каналов в ТО (8 шт.);
wр' =2,5/(0,785·0,38·8)= 2,5/2,386=1,047
Re = wр'·dв·ρp / μp
Re =1,047·0,38·0,674/0,000028=0,268/0,000028=9584 (критерий Рейнольдса)
Для расчета α1 принимаем турбулентный режим движения (Re=10^4)
и определяем скорость движения воздуха в каналах (wp) и количество
каналов (nx), обеспечивающий турбулентный режим движения, по формулам:

wp = Re·μp / (dв·ρp ), м/c

nx = Vp /(0,785·dв2·wp),​

Находим значение критерия Нуссельта (Nu) с учетом действительного значения критерия Рейнольдса (Re) и критерия Прандтля (Pr), определенного с учетом свойств среды при средней температуре:

Nu = 0,021·Re^0,8·Pr^0,43, где Pr = Cp·μp / λp​

Nu =0,021·9628^0,8·0,64^0,43=0,021·1537,54·0,825=26,63C учетом полученных значений критерия Nu находим коэффициент теплоотдачи для рабочей среды - α1, используя формулу:
α1 = Nu·λp / dв
α1 =0,021 ∙ (0,046Вт/м·К / 0,0188 м ) ∙ 0,858 ∙ 0,8248 =0,021 ∙ 2,44 ∙ 0,858 ∙ 0,8248 = 0,036 Вт/(м2 ∙˚С)

Рассчитываем уточненное значение коэффициента теплопередачи, по формуле вида

Посмотреть вложение 11969734Вт/(м2·K)​

где: Σr – общее термическое сопротивление стенки (м2·K/Вт),
определяемое по формуле вида:

Σr=rз1+ δст /λст + rз2
Σr=1/30,63+0,0005/17+1/33,97=0,0326+0,0000294+0,0294=0,062​

Тогда kут=1/0,062=16,12 Вт/(м2·К).
Рассчитаем уточненную площадь поверхности теплообмена:
Fут = Q /(Кут · Δtср ) = 3207/(16,12 · 250) =3207/4030= 0,79м2
Площадь моей кастрюли всего 0,27 м2.
Вывод - либо увеличивать площадь теплосъема, либо мощность кулеров.
Я поступил проще – 1кВт тепловой мощности стал тратить на 10Вт электрической, АКБ выкинул.
Таблица IV.2
Посмотреть вложение 11969769

АСМ, судя по формуле перегородки сделаны из нержавейки 0,5 мм? Или я что-то не так понял?

 

[асм]

судя по формуле перегородки сделаны из нержавейки 0,5 мм?

Да.

 

[EvgenyTs]

Я подставил в формулу значения алюминия с толщиной стенки 2 мм и 1,5 мм и получил значения коэффициента теплопередачи практически те же самые, что и при нержавейке в 0,5.
16,126 при 2 мм алюминии и 16,127 при 1,5 мм. У вас при нержавейке толщиной 0,5 мм те же 16,12, а при нержавейке в 1 мм коэффициент теплопередачи равен те же 16,127, что и при 1,5 мм алюминии.
Вы можете это прокомментировать, как человек разбирающийся в теплотехнике? Только простыми словами, доступными для всех))), без формул.
Если я, конечно, правильно подставил значения.

 

[асм]

Только простыми словами, доступными для всех))), без формул.

Могу повторить свои слова из темы "Теплообменники":
"Очевидно, что материал и толщина стенок ТО практически не влияют на этот коэффициент."
Без этой формулы вы еще десять лет будете с Алексеем спорить .
α1, α2 – коэффициенты теплоотдачи (для рабочей среды от горелки и воздуха от кулеров) - они влияют в 1000 раз больше каждый.

 

[Примусолог]

Извините, но попробую вставить свои 5 копеек без формул и расчетов: Всё приведенное выше справедливо для пластинчатого теплообменника, где среды с разными температурами встречаются на ограниченной площади, то есть продольный градиент температуры невелик. В трубчатом ТО ситуация иная: максимальная температура теплоносителя(продукты сгорания) находится в конце трубок, а минимальная температура нагреваемого воздуха в начале. В результате получается значительный продольный градиент температуры, а здесь теплопроводность материала уже имеет значение. Не вдаваясь в расчеты, можно предположить, что алюминиевый(или медный) трубчатый ТО будет все же поэффективнее такого же из нержавейки просто по причине более равномерного прогрева трубок по длине за счет лучшей теплопроводности. Остальные параметры (механическая прочность, t плавления, вес) здесь не рассматриваю. Все эти перегородки в трубчатом ТО призваны обеспечить более равномерный прогрев трубок с целью большего теплосъема, то же самое делает большая теплопроводность. По идее, если сделать ТО из чистого серебра(максимальная теплопроводность), то никакие перегородки будут не нужны!

 

[EvgenyTs]

Могу повторить свои слова из темы "Теплообменники":
"Очевидно, что материал и толщина стенок ТО практически не влияют на этот коэффициент."
Без этой формулы вы еще десять лет будете с Алексеем спорить .
α1, α2 – коэффициенты теплоотдачи (для рабочей среды от горелки и воздуха от кулеров) - они влияют в 1000 раз больше каждый.

Где ж вы были-то годика 3-4 назад, когда меня здесь клевали всем форумом за то, что я позволил себе «крамолу» о том, что алюминий ничем не выигрывает в конструкции рыбацкого ТО. Как уж тут вились надо мной ястребами форумчане, которым преимущества алюминия были «очевидны». Сколько я пытался всем втолковать, что не может ВОЗДУХ забрать тот объём тепла, который готов отдать алюминий, поэтому нет разницы из чего сделан рыбацкий ТО.

 

[Сто первый]

не может ВОЗДУХ забрать тот объём тепла, который готов отдать алюминий, поэтому нет разницы из чего сделан рыбацкий ТО.

Наконец то ты сформулировал свою мысль до понятных мне ст. дураку выражений. Спасибо.
Значит аллюминий проводит лишнее тепло кот. не может забрать воздух гонимый вентилятором? А нержавейка передает как раз столько сколько воздух может забрать? А если не все передает ввиду худшей теплопроводности?
Вопрос куда девается лишнее тепло не забранное воздухом или не переданное нержавейкой? Куда?
И на х.... было весь это огород городить с трубками, аккумуляторами и вентиляторами? Идейка то "гей славяне" хорошая на момент всеобщего дефицита когда кроме Гефеста и не было ни хрена.
Вот 80% в тепло палаточное излучением, 20% в трубу. Так эти 20 % еще по пути и коробушку греют и трубу, а те тоже греют палатку.

 

[Игнорик]

​

Рассчитаем уточненную площадь поверхности теплообмена:
Fут = Q /(Кут · Δtср ) = 3207/(16,12 · 250) =3207/4030= 0,79м2
Площадь моей кастрюли всего 0,27 м2.
Вывод - либо увеличивать площадь теплосъема, либо мощность кулеров.

Так лучшая теплопроводность и увеличивает эту площадь. А менять коэффициенты теплопередачи без учета изменения площади- такое себе занятие.)