A hőcserélők alapvető elemek a különféle ipari folyamatokban, az energiatermeléstől a kémiai feldolgozásig, sőt olyan mindennapi alkalmazásokban, mint a légkondicionálás és a hűtés. Hőcserélő szállítójaként a hőátadási sebesség kiszámításához használt képletek megértése elengedhetetlen a hatékony és eredményes hőcsere -rendszerek megtervezéséhez. Ebben a blogbejegyzésben megvizsgáljuk a hőátadási sebesség kiszámításához kapcsolódó legfontosabb képleteket és fogalmakat.
A hőátadás megértése
Mielőtt belemerülne a képletekbe, fontos megérteni a hőátadás alapelveit. A hőátadás három fő módja van: vezetés, konvekció és sugárzás. A legtöbb hőcserélőnél a vezetés és a konvekció a hőátadás elsődleges módja.
A vezetés a hő átvitele szilárd anyagon vagy két szilárd anyag között közvetlen érintkezésben. Az elektronok és a molekuláris rezgések mozgásának köszönhetően az anyagon belül. A vezetőképességi hőátadás sebességét Fourier törvénye szabályozza, amely kimondja, hogy a hőátadási sebesség (q) arányos az anyag hőmérsékleti különbségével (ΔT), a kereszt -metszet (a), amelyen keresztül a hő áthelyezhető, és az anyag hővezető képessége (K), és inverzíven arányos az anyag vastagságának (l). A vezetési hőátadás képlete:
[Q = - ka \ frac {dt} {dx}]
A hőcserélővel összefüggésben gyakran egy egyszerűsített formával foglalkozunk, amikor egy lapos falat mérlegelünk, amelynek állandó hőmérsékleti különbsége van:
[Q = \ frac {ka \ delta t} {l}]
A konvekció a hő átvitele a szilárd felület és a mozgó folyadék (folyadék vagy gáz) között. Ez magában foglalja mind a folyadék mozgását, mind a hővezetést a folyadék - szilárd felületen. A konvekciós hőátadás arányát Newton hűtési törvénye adja meg:
[Q = ha \ delta t]
ahol (h) a konvektív hőátadási együttható, a) a szilárd anyag felülete a folyadékkal érintkezésben, és (\ delta t) a szilárd felület és az ömlesztett folyadék hőmérsékleti különbsége.
Általános hőátadási együttható
Hőcserélőben a hő az egyik folyadékról a másikra kerül egy elválasztó falon keresztül. A teljes hőátadási együttható (U) figyelembe veszi a falon keresztüli vezetés és a konvekció együttes hatásait a fal mindkét oldalán. A hőcserélőben a teljes hőátadási sebesség kifejezhető:
[Q = ua \ delta t_ {lm}]
ahol az (a) a hőátadási terület és a (\ delta t_ {lm}) a log -átlaghőmérsékleti különbség.
A teljes hőátadási együttható (U) az egyes konvektív hőátadási együtthatókhoz ((H_1) és (H_2)) kapcsolódik a fal két oldalán és a fal hőkezelőségéhez ((r_ {fal})) a következő képlet szerint:
[\ frac {1} {u} = \ frac {1} {h_1}+\ frac {l} {k}+\ frac {1} {h_2}]]
ahol (l) a fal vastagsága, és (k) a hővezető képessége.
LOG - Átlagos hőmérsékleti különbség (LMTD)
A log - átlagos hőmérsékleti különbséget ((\ delta t_ {lm})) használják a két folyadék hőmérsékleti különbségének eltérésének a hőcserélő hossza mentén történő meghatározására. Egy számláló áramlási hőcserélőnél, ahol a két folyadék ellentétes irányban folyik, a (\ delta t_ {lm}) képlete:
[\ Delta t_ {lm} = \ frac {\ delta t_1- \ delta t_2} {\ ln (\ frac {\ delta t_1} {\ delta t_2})}]]
ahol (\ delta t_1) és (\ delta t_2) a hőcserélő két végén lévő két folyadék hőmérsékleti különbségei.
Egy párhuzamos áramlási hőcserélő esetében, ahol a két folyadék ugyanabba az irányba áramlik, ugyanaz a képlet a (\ delta t_ {lm}) vonatkozásában, de a (\ delta t_1) és (\ delta t_2) értékeit a folyadékok bemeneti és kimeneti hőmérsékleti hőmérséklete alapján eltérően határozzák meg.
Hőátadási sebesség az energiamérleg alapján
A hőátadási sebesség kiszámításának másik módja a hőcserélőben a két folyadék energiamérlegén alapul. A forró folyadék által elveszített hőnek meg kell egyeznie a hideg folyadék által okozott hővel (feltételezve, hogy a környezet nem hővesztesége).
A hőátadási sebességet a meleg és hideg folyadékok következő egyenleteivel lehet kiszámítani:
A forró folyadékhoz: (q = m_hc_ {p, h} (t_ {h, in} -t_ {h, out})))
A hideg folyadékhoz: (q = m_cc_ {p, c} (t_ {c, out} -t_ {c, in})))
Ahol (m_h) és (m_c) a meleg és a hideg folyadékok tömegáramlási sebessége (c_ {p, h}) és (c_ {p, c}) a meleg és a hideg folyadékok specifikus hőkapacitása állandó nyomáson, és (t_ {h, in}), (t_ {h, out}), (t_ {c, in}), és}, és}, és}, és}, és}, és}, és}, és}, és}, és}, és}), és}, és}), és}, és}), és}), és}), és}), és}), és}), és}), és}), és}), ( (T_ {c, out}) a meleg és hideg folyadékok bemeneti és kimeneti hőmérséklete.
Alkalmazások különféle típusú hőcserélőkben
Hőcserélők szállítójaként a hőcserélők széles skáláját kínáljuk, beleértveTitánhéj és cső elpárologtató,Tengervíz -héj és csőhőcserélő, ésHéj- és cső kondenzátor hőcserélő-
Egy héj - és - csőhőcserélőben a csövek egy folyadékot hordoznak, míg a héj oldala a másik folyadékot tartalmazza. A teljes hőátadási sebesség kiszámítását a teljes hőátadási együtthatót és a log -átlagos hőmérsékleti különbséget használják ezeknek a hőcserélőknek a méretezésére és megtervezésére. A tervezési folyamat magában foglalja az (u), (a) és (\ delta t_ {lm}) megfelelő értékek meghatározását a folyadékok tulajdonságai, az áramlási sebesség és a hőmérsékleti követelmények alapján.
Egy párologtató, például a titánhéj - és - cső elpárologtató esetében a hőátadási sebesség kiszámítása elengedhetetlen a folyadék hatékony elpárologtatásának biztosításához. A hőátadást a melegítő táptalaj és az elpárologtatandó folyadék közötti hőmérsékleti különbség vezérli. A teljes hőátadási együttható figyelembe veszi a cső oldalán lévő forráspontot és a héj oldalán lévő konvektív hőátadást.
Egy kondenzátorban, mint például a héj - és a cső kondenzátor hőcserélője, a hőátadási sebesség a gőz kondenzációjához kapcsolódik. A kondenzáció során felszabaduló hőt a hűtő közegbe kerülnek. Az energiamérleg -egyenleteket és az általános hőátadási sebesség -képletet a kondenzátor teljesítményének megtervezésére és optimalizálására használják.
Következtetés
A hőátadási sebesség kiszámítása a hőcserélőben összetett, de alapvető feladat a hatékony és megbízható hőcserélő rendszerek megtervezéséhez. A vezetés, a konvekció, az általános hőátadási együttható, a log -átlagos hőmérsékleti különbség és az energiamérleg képletei keretet biztosítanak a hőátadási folyamat megértéséhez és számszerűsítéséhez.
Hőcserélő beszállítójaként ezeket a képleteket használjuk a hőcserélők testreszabására az ügyfelek konkrét igényeinek kielégítésére. Akár szüksége van aTitánhéj és cső elpárologtató, aTengervíz -héj és csőhőcserélő, vagy aHéj- és cső kondenzátor hőcserélő, Szakértelemmel rendelkezik a magas minőségű hőcserélők megtervezéséhez és ellátásához.
Ha a hőcserélő piacán van, és részletesen szeretné megvitatni az Ön igényeit, javasoljuk, hogy vegye fel velünk a kapcsolatot személyre szabott megoldás céljából. Szakértői csapatunk készen áll arra, hogy segítsen Önnek a megfelelő hőcserélő kiválasztásában és annak optimális teljesítményének biztosításában.
Referenciák
- Incropera, FP, DeWitt, DP, Bergman, TL és Lavine, AS (2007). A hő és a tömegátadás alapjai. John Wiley & Sons.
- Holman, JP (2002). Hőátadás. McGraw - Hill.
- Kakac, S. és Liu, H. (2002). Hőcserélők: Kiválasztás, besorolás és hőtervezés. CRC Press.
