Jak obliczyć szybkość przenoszenia ciepła wymiennika ciepła typu płetwy?

Hej! Jako dostawcaWymiennik ciepła typu płetwy, Często pytają mnie o to, jak obliczyć szybkość transferu ciepła tych fajnych urządzeń. Pomyślałem więc, że rozbiję to w sposób, który jest łatwy do zrozumienia, nawet jeśli nie jesteś przenoszącym ciepło.

Po pierwsze, porozmawiajmy o tym, czym jest wymiennik ciepła typu płetwy. Jest to urządzenie, które przenosi ciepło między dwoma płynami - zwykle cieczą i gazem - wykorzystującym płetwy w celu zwiększenia powierzchni dostępnej do przenoszenia ciepła. Ten projekt sprawia, że ​​wymienniki ciepła typu Fin jest bardzo wydajne i szeroko stosowane w różnych branżach, od systemów HVAC po procesy przemysłowe.

Teraz przejdźmy do Nitty - szorstki obliczania szybkości transferu ciepła. Istnieje kilka kluczowych czynników i równań, które musisz znać.

Podstawy przenoszenia ciepła

Transfer ciepła może nastąpić na trzy sposoby: przewodnictwo, konwekcja i promieniowanie. W wymiennikach ciepła typu Fin przewodnictwo i konwekcja są głównymi graczami.

Przewodzenie to przenoszenie ciepła przez stały materiał. W naszym wymienniku ciepła występuje to w płetwie i rurkach. Szybkość przewodnictwa podlega prawu Fouriera, które stwierdza, że ​​szybkość transferu ciepła (q) przez substancję stałą jest proporcjonalna do różnicy temperatury w całym materiale, powierzchni przekroju (a), przez które przepływa ciepło, a przewodność cieplna (k) materiału i odwrotnie proporcjonalna do grubości (l) materiału. Równanie to (q = - ka \ frac {dt} {dx}), gdzie (\ frac {dt} {dx}) jest gradientem temperatury.

Z drugiej strony konwekcją jest przeniesienie ciepła między stałą powierzchnią a płynem. Może to być albo wymuszona konwekcja (gdy płyn jest poruszany siłą zewnętrzną, taką jak wentylator lub pompa) lub naturalną konwekcję (gdy płyn porusza się z powodu różnic gęstości spowodowanych zmianami temperatury). Szybkość przenoszenia ciepła z powodu konwekcji jest prawo chłodzenia Newtona: (q = ha \ delta t), gdzie (h) jest współczynnikiem konwekcyjnego przenoszenia ciepła, (a) jest powierzchnią, a (\ delta t) jest różnicą temperatury między powierzchnią stałą a płynem.

Obliczanie szybkości transferu ciepła w wymienniku ciepła typu płetwy

Aby obliczyć ogólną szybkość przenoszenia ciepła w wymienniku ciepła typu płetwy, zwykle używamy koncepcji ogólnego współczynnika transferu ciepła (U). Ogólny współczynnik przenoszenia ciepła uwzględnia opór przeniesienia ciepła zarówno po gorących, jak i zimnych stron wymiennika ciepła, a także odporności z powodu przewodzenia przez ścianę rur.

Równanie dla szybkości transferu ciepła w wymienniku ciepła jest (q = ua \ delta t_ {lm}), gdzie (u) jest całkowitym współczynnikiem przenoszenia ciepła, (a) jest całkowitym obszarem przenoszenia ciepła (w tym płetwy), a (\ delta t_ {lm}) jest log - średnia różnica temperatury.

1. Określenie całkowitego współczynnika transferu ciepła (U)

Ogólny współczynnik przenoszenia ciepła można obliczyć za pomocą następującego równania: (\ frac {1} {u} = \ frac {1} {h_i}+\ frac {r_fi} {k_i}+\ frac {\ ln (r_o/r_i)} {2 \ pi) Kl}+\ frac {r_fo} {k_o}+\ frac {1} {h_o}), gdzie (h_i) i (h_o) są współczynnikami konwekcyjnymi w środku i zewnętrznych rur), odpowiednio, są rurki, a (K_I) są odpowiednio rurki, a (K_i). Przewodnictwo cieplne płynów wewnątrz i na zewnątrz rur, (R_I) i (R_O) są wewnętrznymi i zewnętrznymi promieniami rur, (k) jest przewodnictwo cieplne materiału rurki, a (L) to długość rurki.

Konwekcyjne współczynniki transferu ciepła (H_I) i (H_O) można określić za pomocą korelacji empirycznych. Na przykład dla wymuszonej konwekcji wewnątrz rurki można użyć równania dittus - boelera: (nu = 0,023re^{0,8} pr^n), gdzie (nu = \ frac {hd} {k}) jest liczbą nusselt, (re = \ frac {\ rho vd} {\ mu}) jest liczbą Reynolds, liczba Reynolds, (Pr = \ frac {\ mu c_p} {k}) jest liczbą prandtla, (d) jest średnicą rurki (\ rho) to gęstość płynu, (v) jest prędkością płynu, (\ mu) jest dynamiczną lepkość płynu, (c_p) jest specyficzną pojemnością cieplną, a (n = n = 0,4) dla ogółem i (n = 0,3) do chłodzenia.

2. Obliczanie całkowitego obszaru przenoszenia ciepła (a)

Całkowity obszar transferu ciepła wymiennika ciepła typu płetwy obejmuje obszar rur i obszar płetw. Obszar rur można obliczyć jako (a_t = \ pi d_il) dla wewnętrznej powierzchni i (a_o = \ pi d_ol) dla powierzchni zewnętrznej, gdzie (d_i) i (d_o) są wewnętrznymi i zewnętrznymi średnicami rur, a (l) jest długością rur.

Obszar płetw można obliczyć na podstawie ich geometrii. Na przykład w przypadku prostokątnych płetw obszar pojedynczej płetwy to (a_f = 2l_fw_f+2t_fl_f), gdzie (l_f) jest długością płetwy, (w_f) jest szerokością płetwy i (t_f) to grubość płetwy. Całkowity obszar płetwy jest następnie obszarem pojedynczej płetwy pomnożonej przez liczbę płetw.

3. Znalezienie dziennika - średnia różnica temperatury ((\ delta t_ {lm})))

Średnia różnica temperatury log - jest stosowana do uwzględnienia faktu, że różnica temperatur między płynami gorącymi i zimnymi zmienia się na długości wymiennika ciepła. It is calculated using the formula (\Delta T_{lm}=\frac{\Delta T_1-\Delta T_2}{\ln(\frac{\Delta T_1}{\Delta T_2})}), where (\Delta T_1) and (\Delta T_2) are the temperature differences between the hot i zimne płyny na dwóch końcach wymiennika ciepła.

Specjalne rozważania

Podczas obliczania współczynnika przenoszenia ciepła należy pamiętać o kilku innych rzeczach.

• Wydajność płetwy: Płetwy nie są w 100% wydajne w przenoszeniu ciepła. Wydajność płetwy ((\ eta_f)) uwzględnia fakt, że temperatura wzdłuż płetwy maleje z podstawy płetwy do końcówki. Wydajność płetwy można obliczyć przy użyciu metod analitycznych lub numerycznych w zależności od geometrii płetwy. Obszar efektywnego płetwy jest wtedy (a_ {fe} = \ eta_fa_f).
• Zanieczyszczenie: Z czasem depozyty mogą gromadzić się na powierzchniach wymiennika ciepła, zwiększając opór przeniesienia ciepła. Nazywa się to zanieczyszczeniem. Jak wspomniano wcześniej, odporności na zanieczyszczenie (R_FI) i (R_FO) są uwzględnione w obliczaniu całkowitego współczynnika transferu ciepła.

Real - World Applications

Wymienniki ciepła typu Fin są używane w szerokim zakresie zastosowań. Na przykład,SRL przemysłowy chłodnicyjest rodzajem wymiennika ciepła typu płetwy powszechnie stosowanego w ustawieniach przemysłowych do chłodzenia płynów.Wymiennik ciepła chłodzonego powietrzemto kolejny przykład, który wykorzystuje powietrze jako medium chłodzące.

W tych zastosowaniach dokładne obliczenie szybkości transferu ciepła ma kluczowe znaczenie dla prawidłowego projektowania i działania. Na przykład, w procesie przemysłowym, jeśli szybkość przeniesienia ciepła jest błędna, sprzęt może nie być w stanie schłodzić płyn do pożądanej temperatury, prowadząc do nieefektywności, a nawet uszkodzenia sprzętu procesowego.

Owinięcie i wyciągnięcie ręki

Obliczanie szybkości transferu ciepła wymiennika ciepła typu płetwy może wydawać się złożone, ale poprzez zrozumienie podstawowych zasad transferu ciepła i stosując odpowiednie równania, staje się możliwe do opanowania. Jako dostawca wymienników ciepła typu FIN mamy wiedzę specjalistyczną i doświadczenie, które pomogą w tych obliczeniach i upewnić się, że otrzymasz odpowiedni wymiennik ciepła dla twoich potrzeb.

Jeśli jesteś na rynku wymiennika ciepła typu płetwy lub potrzebujesz więcej informacji na temat obliczeń przenoszenia ciepła, nie wahaj się dotrzeć. Jesteśmy tutaj, aby pomóc Ci w dokonaniu najlepszego wyboru w aplikacji. Rozpocznijmy rozmowę i zobaczmy, jak możemy współpracować, aby spełnić Twoje wymagania dotyczące transferu ciepła.

Odniesienia

• Incropera, FP i DeWitt, DP (2002). Podstawy przenoszenia ciepła i masy. John Wiley & Sons.
• Holman, JP (2002). Przenoszenie ciepła. McGraw - Hill.