Ей там! Като доставчик на топлообменници на тръбата на черупките, често ме питат как да изчисля зоната за пренос на топлина на тези изящни устройства. И така, реших, че ще събера тази публикация в блога, за да го разбия за вас по начин, който е лесен за разбиране.
Първо, нека поговорим малко за това какъв е топлообменникът на тръбата на черупката. AТоплообменник на черупкатае вид топлообменник, който се състои от серия от епруветки, затворени в цилиндрична обвивка. Едната течност тече през тръбите, докато другата тече извън тръбите, но вътре в черупката. Това позволява ефективен пренос на топлина между двете течности.
Има различни видове топлообменници с черупки, катоТоплообменник от неръждаема стомана и топлообменник, което е чудесно за приложения, при които е важна устойчивостта на корозия, иПрепарат на обвивката и топлообменника на тръбата, където двете течности текат в противоположни посоки за максимална ефективност на пренос на топлина.
Сега, нека да влезем в нита - пестеливост на изчисляване на зоната за пренос на топлина.
Основите на преноса на топлина
Основното уравнение за пренос на топлина в топлообменник се дава от:
$ Q = u \ times a \ times \ delta t_ {lm} $
Къде:
- $ Q $ е скоростта на топлопреминаване (във вата или BTU/HR). Това е количеството топлина, което трябва да бъде прехвърлено от една течност в друга. Можете да го изчислите с помощта на масовия дебит, специфичния топлинен капацитет и температурната промяна на течностите. Например, ако имате течност с масов дебит $ \ dot {m} $, специфичен топлинен капацитет $ c_p $ и той претърпява промяна на температурата $ \ delta t $, тогава $ q = \ dot {m} \ times c_p \ times \ delta t $.
- $ U $ е общият коефициент на пренос на топлина (в $ w/m^{2} \ cdot k $ или $ btu/hr \ cdot ft^{2} \ cdot^{\ circ} f $). Този коефициент отчита топлинните съпротивления на стената на тръбата, замърсяването на епруветката и черупката и коефициентите на конвективно пренос на топлина от двете страни. Стойността на $ u $ може да бъде оценена въз основа на вида на течностите, скоростите на потока и геометрията на топлообменника. За вода - до - топлообменници с вода, стойностите на $ u $ могат да варират от 800 - 1500 $ w/m^{2} \ cdot k $.
- $ A $ е зоната за пренос на топлина (в $ M^{2} $ или $ ft^{2} $), което се опитваме да намерим.
- $ \ Delta t_ {lm} $ е дневникът - средна температурна разлика.
Изчисляване на дневника - средна температурна разлика ($ \ delta t_ {lm} $)
Дневникът - Средната температурна разлика се използва за отчитане на факта, че разликата в температурата между двете течности се променя по дължината на топлообменника.
За топлообменник на брояч - формулата за $ \ delta t_ {lm} $ е:
$ \ 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 разлики между горещите и студените течности в двата края на топлообменника.
Да речем, че горещата течност влиза при температура $ t_ {h1} $ и оставя при $ t_ {h2} $, а студената течност влиза в $ t_ {c1} $ и оставя на $ t_ {c2} $. Тогава $ \ delta t_1 = t_ {h1} -t_ {c2} $ и $ \ delta t_2 = t_ {h2} -t_ {c1} $.
За паралелен - топлообменник на потока, концепцията е подобна, но температурните разлики са дефинирани по различен начин. Успоредно с потока, двете течности влизат в топлообменника на същия край. И така, $ \ delta t_1 = t_ {h1} -t_ {c1} $ и $ \ delta t_2 = t_ {h2} -t_ {c2} $.
Решаване на зоната за топлопреминаване ($ A $)
След като имате стойностите на $ Q $, $ u $ и $ \ delta t_ {lm} $, можете да пренаредите уравнението на топлинния трансфер $ Q = U \ Times A \ Times \ Delta T_ {lm} $, за да решите за $ A $:
$ A = \ frac {q} {u \ times \ delta t_ {lm}} $
Стъпка - от - Стъпка пример
Нека работим чрез пример, за да направим нещата по -ясни.
Да предположим, че имаме топлообменник на топлообменника на тръбата на обхвата на потока, където водата се нагрява. Топлата вода влиза на $ 80^{\ circ} c $ и напуска $ 60^{\ circ} c $, а студената вода влиза на $ 20^{\ circ} c $ и напуска $ 50^{\ circ} c $. Степента на масовия поток на студената вода е $ 1 кг/s $, а специфичният топлинен капацитет на водата е $ 4,18 kJ/kg \ cdot k $.
Първо, изчислете скоростта на топлопреминаване $ Q $:
$ \ dot {m} = 1 kg/s $, $ c_p = 4180 j/kg \ cdot k $, $ \ delta t = t_ {c2} -t_ {c1} = 50 - 20 = 30 k $
$ Q = \ dot {m} \ times c_p \ times \ delta t = 1 \ times4180 \ times30 = 125400 w $
След това приемете общ коефициент на пренос на топлина $ u = 1000 w/m^{2} \ cdot k $.
Сега, изчислете дневника - средна температурна разлика:
$ \ Delta t_1 = t_ {h1} -t_ {c2} = 80 - 50 = 30 k $
$ \ Delta t_2 = t_ {h2} -t_ {c1} = 60 - 20 = 40 k $
$\Delta T_{lm}=\frac{\Delta T_1-\Delta T_2}{\ln(\frac{\Delta T_1}{\Delta T_2})}=\frac{30 - 40}{\ln(\frac{30}{40})}\approx34.7 K$
И накрая, изчислете зоната за пренос на топлина:
$ A = \ frac {q} {u \ times \ delta t_ {lm}} = \ frac {125400} {1000 \ times34.7} \ приблизително3.61 m^{2} $
Фактори, влияещи върху изчислението
Има няколко фактора, които могат да повлияят на точността на тези изчисления.
Замърсяване: С течение на времето отлаганията могат да се натрупат от страните на тръбата и черупката на топлообменника, увеличавайки топлинното съпротивление и намалявайки общия коефициент на топлопреминаване $ u $. Трябва да отчетете замърсяването, като използвате коефициент на замърсяване, който се добавя към изчисленията на термичното съпротивление.
Модели на потока: Действителните модели на потока в топлообменника на тръбата на черупката могат да бъдат по -сложни от идеалния брояч на потока или успоредния - поток. Може да има кръстосан поток и заобикаляне на течности, което може да повлияе на характеристиките на пренос на топлина.
Свойства на течността: Свойствата на течностите, като вискозитет, плътност и термична проводимост, могат да се променят с температура. Това може да повлияе на конвективните коефициенти на пренос на топлина и общия коефициент на пренос на топлина $ u $.
Ако сте на пазара за топлообменник на тръбата на черупката и се нуждаете от помощ при оразмеряване или разбиране на изчисленията на топлопреминаването, не се колебайте да достигнете. Тук сме, за да ви помогнем да намерите подходящия топлообменник за вашето конкретно приложение. Независимо дали става въпрос за малък мащабен индустриален процес или с голяма мащабна електроцентрала, имаме опит и продукти, за да отговорим на вашите нужди. Свържете се с нас, за да започнете разговор за вашите изисквания за топлообменник и нека работим заедно, за да намерим най -доброто решение.
ЛИТЕРАТУРА
- Incropera, FP, & DeWitt, DP (2002). Основи на пренос на топлина и маса. John Wiley & Sons.
- Холман, JP (2002). Пренос на топлина. McGraw - Hill.