Изчисляването на скоростта на топлопреминаване на топлообменника на черупката и тръбата е основен процес в проектирането, работата и оптимизирането на тези решаващи индустриални компоненти. Като водещ доставчик на топлообменник на обвивката и тръбата, ние разбираме значението на точните изчисления на скоростта на топлопреминаване за осигуряване на ефективни и надеждни показатели в различни приложения. В тази публикация в блога ще се задълбочим в ключовите концепции, уравнения и съображения, участващи при изчисляването на скоростта на топлопреминаване на топлообменник на черупката и тръбата.
Разбиране на основите на преноса на топлина в топлообменниците на черупките и тръбите
Топлообменникът на черупката и тръбата се състои от серия от епруветки, затворени в цилиндрична обвивка. Едната течност тече през епруветките (тръба - странична течност), докато другата тече извън тръбите, но вътре в черупката (черупката - странична течност). Топлината се прехвърля от горещата течност в студената течност през стените на тръбата. Основният принцип, управляващ топлопредаването в тези топлообменници, е законът на Нютон за охлаждане, който гласи, че скоростта на топлопреминаване (Q) е пропорционална на температурната разлика между двете течности и площта на топлопреминаването (A).
Общото уравнение на топлопреминаване за топлообменник на черупката и тръбата се дава от:
$ Q = u \ times a \ times \ delta t_ {lm} $
Къде:
- $ Q $ е скоростта на топлопреминаване (във ват или btu/h)
- $ U $ е общият коефициент на пренос на топлина (в $ w/m^{2} \ cdot k $ или $ btu/h \ cdot ft^{2} \ cdot^{\ circ} f $)
- $ A $ е зоната за топлопреминаване (в $ m^{2} $ или $ ft^{2} $)
- $ \ Delta t_ {lm} $ е дневникът - средна температурна разлика (lmtd)
Определяне на зоната за топлопреминаване (а)
Площта на топлопреминаване на топлообменник на черупката и тръбата зависи от броя на тръбите, диаметъра на тръбата и дължината на тръбата. За една тръба повърхностната площ на единица дължина ($ a_ {l} $) може да се изчисли, като се използва формулата за страничната повърхност на цилиндър:
$ A_ {l} = \ pi \ times d_ {o} \ times l $
Където $ d_ {o} $ е външният диаметър на тръбата и $ l $ е дължината на тръбата.
Ако в топлообменника има $ n $ тръби, общата площ за топлопреминаване ($ a $) се дава от:
$ A = n \ times a_ {l} = n \ times \ pi \ times d_ {o} \ times l $
Изчисляване на дневника - средна температурна разлика ($ \ delta t_ {lm} $)
Дневникът - Средната разлика в температурата се използва за отчитане на изменението в температурната разлика между горещите и студените течности по дължината на топлообменника. Формулата за изчисляване на LMTD зависи от подредбата на потока (паралелен - поток, брояч или кръстосан поток).
За паралелно - поток и брояч - топлообменници на потока, LMTD се изчислява като:
$\Delta T_{lm}=\frac{\Delta T_{1}-\Delta T_{2}}{\ln(\frac{\Delta T_{1}}{\Delta T_{2}})}$
Където $ \ delta t_ {1} $ и $ \ delta t_ {2} $ са температурните разлики между горещите и студените течности в двата края на топлообменника.
В паралелен - топлообменник на потока, горещите и студени течности влизат в топлообменника на същия край и текат в същата посока. В брояч на топлообменника на потока горещите и студени течности влизат в топлообменника в противоположните краища и текат в противоположни посоки. Броячът на топлообменниците на потока обикновено осигурява по -висок LMTD и по този начин по -ефективен пренос на топлина в сравнение с топлообменниците с паралелен поток.
За топлообменниците с кръстосан поток, изчисляването на LMTD е по -сложно и често изисква използването на корекционни фактори. Можете да научите повече заКръстосан поток черупка и топлообменник на тръбатаНа нашия уебсайт.
Оценка на общия коефициент на топлопреминаване (U)
Общият коефициент на пренос на топлина ($ u $) отчита съпротивлението към пренос на топлина както на тръбата - странична и черупка, така и устойчивостта на стената на тръбата. Изчислява се с помощта на следната формула:
$ \ frac {1} {u} = \ frac {1} {h_ {i}} \ times \ frac {d_ {o}} {d_ {i}}+r_ {f, i} \ times \ frac {d_ {o} } {d_ {i}}+\ frac {d_ {o} \ ln (\ frac {d_ {o}} {d_ {i}})} {2k_ {w}}+r_ {f, o}+\ frac {1} {h_ {o}} $
Къде:
- $ h_ {i} $ и $ h_ {o} $ са съответно тръбата - странична и черупка - странични коефициенти на топлопреминаване
- $ d_ {i} $ и $ d_ {o} $ са диаметрите на вътрешната и външната тръба
- $ k_ {w} $ е топлинната проводимост на материала на стената на тръбата
- $ R_ {f, i} $ и $ r_ {f, o} $ са съответно съпротивлението на замърсяването на тръбата - страничната и обвивката
Коефициентите на топлопреминаване на тръбата - странична и черупка могат да бъдат оценени с помощта на емпирични корелации въз основа на режима на потока (ламинарен или турбулентен), свойствата на течността и геометричните параметри на топлообменника. Съпротивлението на замърсяване са допълнителни съпротивления, които възникват поради отлагането на примеси върху повърхностите на тръбата във времето.
Фактори, влияещи върху скоростта на топлопреминаване
Няколко фактора могат да повлияят на скоростта на пренос на топлина в топлообменника на черупката и тръбата. Те включват:
- Свойства на течността: Топлинната проводимост, специфичната топлина, плътност и вискозитет на течностите играят значителна роля за определяне на коефициентите на топлопреминаване. Например, течностите с висока топлопроводимост и нисък вискозитет обикновено водят до по -високи скорости на пренос на топлина.
- Дебит: По -високите скорости на потока увеличават конвективните коефициенти на пренос на топлина както на тръбата, така и на черупката, което води до увеличаване на скоростта на топлопреминаване. Въпреки това, увеличаването на дебита също увеличава спада на налягането, което може да изисква повече помпена мощност.
- Геометрия на тръбата: Диаметърът на тръбата, стъпката на тръбата и подреждането на тръбата (триъгълна или квадратна) могат да повлияят на моделите на потока и коефициентите на пренос на топлина. По -малките диаметри на тръбата обикновено осигуряват по -голяма площ за пренос на топлина на единица обем, но също така могат да увеличат спада на налягането.
- Замърсяване: Замърсяването намалява общия коефициент на пренос на топлина чрез добавяне на допълнително съпротивление към пренос на топлина. Редовното почистване и поддръжка на топлообменника е от съществено значение за минимизиране на замърсяването и поддържането на ефективна работа.
Приложения на топлообменници с черупки и тръби
Топлообменниците с черупки и тръби се използват широко в различни индустрии, включително химически, нефтохимични, производство на енергия, храни и напитки и HVAC. Те са подходящи за приложения, при които са включени високи скорости на топлопреминаване, големи температурни разлики и високо налягане. Например, в химическата промишленост се използват топлообменници за черупки и тръби за процеси като дестилация, изпаряване и кондензация. В електроцентралите те се използват за охлаждане на пара и отопление за захранване.
Ние предлагаме широка гама отТоплообменник от неръждаема стомана и топлообменникиИндустриален топлообменник на черупките и тръбитекоито са предназначени да отговарят на специфичните изисквания на различните приложения. Нашите топлообменници са направени от висококачествени материали и са проектирани за оптимална производителност и надеждност.
Заключение
Изчисляването на скоростта на топлопреминаване на топлообменника на черупката и тръбата е сложен, но съществен процес за осигуряване на ефективната му работа. Разбирайки ключовите концепции, уравнения и фактори, участващи в изчисленията на топлопреминаването, инженерите и операторите могат да проектират, оперират и оптимизират топлообменниците на черупките и тръбите, за да отговорят на специфичните изисквания на техните приложения.
Ако се нуждаете от топлообменник на черупката и тръбата или имате въпроси относно изчисленията на топлопреминаването, не се колебайте да се свържете с нас. Екипът ни от експерти е готов да ви помогне да изберете правилния топлообменник за вашите нужди и да ви предостави подробна техническа поддръжка.
ЛИТЕРАТУРА
- Incropera, FP, & DeWitt, DP (2002). Основи на пренос на топлина и маса. John Wiley & Sons.
- Керн, DQ (1950). Процесирайте пренос на топлина. McGraw - Hill.
- Kakac, S., & Liu, H. (2002). Топлообменници: Избор, оценка и термичен дизайн. CRC Press.