Как да изчислим скоростта на топлопреминаване на топлообменник тип перки?

Ей там! Като доставчик наТоплообменник тип перки, Често ме питат как да изчисля скоростта на пренос на топлина на тези изящни устройства. И така, мислех, че ще го разбия по начин, който е лесен за разбиране, дори и да не сте топлопреминаване.

Първо, нека поговорим за това какъв е топлообменникът тип топлообменник. Това е устройство, което прехвърля топлина между две течности - обикновено течност и газ - използвайки перки за увеличаване на повърхността, налична за пренос на топлина. Този дизайн прави топлообменниците от перки тип супер ефективни и широко използвани в различни индустрии, от HVAC системи до индустриални процеси.

Сега, нека да влезем в нита - зърнест да изчислим скоростта на топлопреминаване. Има няколко ключови фактора и уравнения, които трябва да знаете.

Основите на преноса на топлина

Топлинният пренос може да се случи по три начина: проводимост, конвекция и радиация. В топлообменниците от перки тип топлообменници, проводимостта и конвекцията са основните играчи.

Проводимостта е прехвърлянето на топлина през твърд материал. В нашия топлообменник това се случва в перките и тръбите. Скоростта на проводимост се управлява от закона на Фурие, който гласи, че скоростта на топлопреминаване (q) през твърдо вещество е пропорционална на температурната разлика в материала, площта на напречното сечение (а), през която тече топлината, и топлинната проводимост (k) на материала и обратно пропорционална на дебелината (L) на материала. Уравнението е (q = - ka \ frac {dt} {dx}), където (\ frac {dt} {dx}) е градиентът на температурата.

Конвекцията, от друга страна, е прехвърлянето на топлина между твърда повърхност и течност. Тя може да бъде или принудителна конвекция (когато течността се движи от външна сила като вентилатор или помпа) или естествена конвекция (когато течността се движи поради разликите в плътността, причинена от температурните изменения). Скоростта на пренос на топлина поради конвекция се дава от закона на Нютон за охлаждане: (Q = Ha \ Delta T), където (H) е конвективният коефициент на топлопреминаване, (a) е повърхността и (\ delta t) е температурната разлика между твърдата повърхност и течността.

Изчисляване на скоростта на топлопреминаване в топлообменник тип перки

За да изчислим общата скорост на топлопреминаване в топлообменник тип перки, обикновено използваме концепцията за общия коефициент на топлопреминаване (U). Общият коефициент на пренос на топлина отчита устойчивостта на пренос на топлина както от горещата, така и от студената страна на топлообменника, както и устойчивостта поради проводимост през стената на тръбите.

Уравнението за скоростта на топлопреминаване в топлообменника е (q = ua \ delta t_ {lm}), където (u) е общият коефициент на топлопреминаване, (a) е общата площ за топлопреминаване (включително перките) и (\ delta t_ {lm}) е средната разлика в температурата.

1. Определяне на общия коефициент на топлопреминаване (U)

Общият коефициент на пренос на топлина може да бъде изчислен, като се използва следното уравнение: (\ 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}), where (h_i) and (h_o) are the convective heat transfer coefficients on the inside and outside of the tubes respectively, (R_fi) and (R_fo) are the fouling resistances on the inside and outside of the tubes, (k_i) and (k_o) are Термичната проводимост на течностите от вътрешната и външната страна на епруветките (R_I) и (R_O) са вътрешните и външните радиуси на епруветките, (k) е топлинната проводимост на материала на тръбата, а (L) е дължината на тръбата.

Конвективните коефициенти на пренос на топлина (H_I) и (H_O) могат да бъдат определени с помощта на емпирични корелации. For example, for forced convection inside a tube, the Dittus - Boelter equation can be used: (Nu = 0.023Re^{0.8}Pr^n), where (Nu=\frac{hD}{k}) is the Nusselt number, (Re=\frac{\rho vD}{\mu}) is the Reynolds number, (Pr = \ frac {\ mu c_p} {k}) е числото Prandtl, (d) е диаметърът на тръбата, (\ rho) е плътността на течността, (v) е скоростта на течността, (\ mu) е динамичната вискозитет на течността, (c_p) е специфичният топлинен капацитет на течността и (n = 0.4) за топлината и (\ mu) е динамичният вискозитет на течността, (c_p) е специфичният топлинен капацитет на течността и (n = 0,4) за топлината и (\ mu) е динамичният вискозитет на течността, (c_p) е специфичният топлин 0.3) за охлаждане.

2. Изчисляване на общата площ за пренос на топлина (а)

Общата площ за пренос на топлина на топлообменник тип перки включва площта на тръбите и площта на перките. Площта на тръбите може да бъде изчислена като (a_t = \ pi d_il) за вътрешната повърхност и (a_o = \ pi d_ol) за външната повърхност, където (d_i) и (d_o) са вътрешните и външните диаметри на тръбите и (L) е дължината на тръбите.

Площта на перките може да бъде изчислена въз основа на тяхната геометрия. Например, за правоъгълни перки, площта на една перка е (a_f = 2l_fw_f+2t_fl_f), където (l_f) е дължината на перката, (w_f) е ширината на перката, а (t_f) е дебелината на перка. След това общата площ на перката е площта на една перка, умножена по броя на перките.

3. Намиране на дневника - средна температурна разлика ((\ delta t_ {lm}))

Дневникът - Средната температурна разлика се използва за отчитане на факта, че разликата в температурата между горещите и студените течности се променя по дължината на топлообменника. Изчислява се с помощта на формулата (\ delta t_ {lm} = \ frac {\ delta t_1- \ delta t_2} {\ ln (\ frac {\ delta t_1} {\ delta t_2})}), където (\ delta t_1) и (\ delta t_2) са температурните краища на топлообменника.

Специални съображения

Има няколко други неща, които трябва да имате предвид при изчисляване на скоростта на топлопреминаване на топлообменник тип перки.

• Ефективност на перката: Перките не са 100% ефективни при прехвърляне на топлина. Ефективността на перката ((\ eta_f)) отчита факта, че температурата покрай перката намалява от основата на перката до върха. Ефективността на перката може да бъде изчислена с помощта на аналитични или числени методи в зависимост от геометрията на перката. Ефективната площ на перката е след това (a_ {fe} = \ eta_fa_f).
• Замърсяване: С течение на времето отлаганията могат да се натрупат върху повърхностите на топлообменника, увеличавайки устойчивостта на пренос на топлина. Това се нарича замърсяване. Както бе споменато по -рано, в изчисляването на общия коефициент на топлопреминаване са включени съпротивления на замърсяване (R_FI) и (R_FO).

Реални - световни приложения

Топлообменниците от тип перки се използват в широк спектър от приложения. Например,SRL индустриален радиаторе вид топлообменник тип перки, често използван в индустриални условия за хладни течности.Топлообменник с въздушно охлажданее друг пример, който използва въздуха като охлаждаща среда.

В тези приложения точното изчисляване на скоростта на топлопреминаване е от решаващо значение за правилния дизайн и работа. Например, в индустриален процес, ако скоростта на топлопреминаване е неправилно изчислена, оборудването може да не е в състояние да охлади течността до желаната температура, което води до неефективност или дори увреждане на процесорното оборудване.

Опаковане и посягане

Изчисляването на скоростта на топлопреминаване на топлообменник тип перки може да изглежда сложно, но чрез разбиране на основните принципи на пренос на топлина и използване на правилните уравнения, то става управляемо. Като доставчик на топлообменници от тип перки, ние имаме опит и опит, за да ви помогнем с тези изчисления и да гарантираме, че ще получите подходящия топлообменник за вашите нужди.

Ако сте на пазара за топлообменник тип перки или се нуждаете от повече информация за изчисленията на топлопреминаването, не се колебайте да достигнете. Тук сме, за да ви помогнем да направите най -добрия избор за вашето приложение. Нека започнем разговор и да видим как можем да работим заедно, за да отговорим на вашите изисквания за пренос на топлина.

ЛИТЕРАТУРА

• Incropera, FP, & DeWitt, DP (2002). Основи на пренос на топлина и маса. John Wiley & Sons.
• Холман, JP (2002). Пренос на топлина. McGraw - Hill.