Hej! Ako dodávateľ výmenníkov tepla shell trubice sa často pýtam, ako vypočítať oblasť prenosu tepla týchto šikovných zariadení. Takže som si myslel, že by som zostavil tento blogový príspevok, aby som ho rozobral spôsobom, ktorý je ľahko pochopiteľný.
Po prvé, povedzme si trochu o tom, čo je výmenník tepla v škrupine. AVýmenník tepla škrupinyje typ výmenníka tepla, ktorý pozostáva zo série trubíc uzavretých vo valcovej škrupine. Jedna tekutina preteká cez skúmavky, zatiaľ čo druhá tečie mimo skúmaviek, ale vo vnútri škrupiny. To umožňuje efektívny prenos tepla medzi týmito dvoma tekutkami.
Existujú rôzne typy výmenníkov tepla shell trubice, napríkladVýmenník tepla a trubice z nehrdzavejúcej ocele, čo je skvelé pre aplikácie, kde je dôležitý odpor korózie aVýmenník tepla a tepla voči pultu a trubice, kde obe tekutiny tečú v opačných smeroch pre maximálnu účinnosť prenosu tepla.
Teraz sa dostaneme do nitty - odvážny výpočet oblasti prenosu tepla.
Základy prenosu tepla
Základná rovnica na prenos tepla v výmenníku tepla je daná:
$ Q = u \ krát a \ krát \ delta t_ {lm} $
kde:
- $ Q $ je miera prenosu tepla (vo Watts alebo Btu/HR). Toto je množstvo tepla, ktoré je potrebné preniesť z jednej tekutiny na druhú. Môžete ho vypočítať pomocou hmotnostného prietoku, špecifickej tepelnej kapacity a zmeny teploty tekutín. Napríklad, ak máte tekutinu s hmotnostným prietokom $ \ dot {m} $, špecifická tepelná kapacita $ c_p $ a podlieha zmenám teploty $ \ delta t $, potom $ q = \ dot {m} \ timps c_p \ times \ delta t $.
- $ U $ je celkový koeficient prenosu tepla (v $ w/m^{2} \ cdot k $ alebo $ btu/hr \ cdot ft^{2} \ cdot^{\ circ} f $). Tento koeficient berie do úvahy tepelné odpory steny trubice, znečistenie na stranách trubice a škrupiny a koeficienty konvekčného tepla na oboch stranách. Hodnota $ U $ sa dá odhadnúť na základe typu tekutín, prietokov a geometrie výmenníka tepla. V prípade vody - do - výmenníky tepla vodou sa hodnoty $ u $ môžu pohybovať od 800 do 1500 $ w/m^{2} \ cdot k $.
- $ A $ je oblasť prenosu tepla (v $ m^{2} $ alebo $ ft^{2} $), čo sa snažíme nájsť.
- $ \ Delta t_ {lm} $ je log - stredný teplotný rozdiel.
Výpočet protokolu - stredný teplotný rozdiel ($ \ delta t_ {lm} $)
Priemerný teplotný rozdiel v log - sa používa na zohľadnenie skutočnosti, že teplotný rozdiel medzi týmito dvoma tekutmi sa mení po celej dĺžke výmenníka tepla.
Pre výmenník tepla - tok, vzorec pre $ \ delta t_ {lm} $ je:
$ \ Delta t_ {lm} = \ frac {\ delta t_1- \ delta t_2} {\ ln (\ frac {\ delta t_1} {\ delta t_2})} $
kde $ \ delta t_1 $ a $ \ delta t_2 $ sú teplotné rozdiely medzi horúcimi a studenými tekutinami na dvoch koncoch výmenníka tepla.
Povedzme, že horúca tekutina vstupuje pri teplote $ t_ {h1} $ a odchádza na $ t_ {h2} $ a studená tekutina vstupuje na $ t_ {c1} $ a odchádza na $ t_ {c2} $. Potom $ \ delta t_1 = t_ {h1} -t_ {c2} $ a $ \ delta t_2 = t_ {h2} -t_ {c1} $.
Pre paralelný výmenník tepla je koncept podobný, ale teplotné rozdiely sú definované odlišne. Súbežne - prietok, dve tekutiny vstupujú do tepla na výmenníku tepla na rovnakom konci. Takže $ \ delta t_1 = t_ {h1} -t_ {c1} $ a $ \ delta t_2 = t_ {h2} -t_ {c2} $.
Riešenie oblasti prenosu tepla ($ A $)
Akonáhle budete mať hodnoty $ q $, $ u $ a $ \ delta t_ {lm} $, môžete usporiadať rovnicu prenosu tepla $ q = u \ krát a \ krát \ delta t_ {lm} $ na vyriešenie $ a $:
$ A = \ frac {q} {U \ Times \ delta t_ {lm}} $
Krok - podľa príkladu kroku
Pracujme príklad, aby sme objasnili veci.
Predpokladajme, že máme výmenník tepla tepla - prietoku, kde sa zahrieva voda. Horúca voda vstupuje za 80 $^{\ Circ} C $ a odchádza za 60 $^{\ Circ} C $ a studená voda vstupuje na 20 $^{\ Circ} c $ a odchádza na 50 $^{\ Circ} c $. Hmotný prietok studenej vody je 1 kg/s $ a špecifická tepelná kapacita vody je 4,18 kJ/kg \ cdot k $.
Najprv vypočítajte sadzbu prenosu tepla $ 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 \ krát \ delta t = 1 \ Times4180 \ Times30 = 125400 W $
Ďalej predpokladajte celkový koeficient prenosu tepla $ u = 1 000 w/m^{2} \ cdot k $.
Teraz vypočítajte log - priemerný rozdiel v teplote:
$ \ 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}}
Nakoniec vypočítajte oblasť prenosu tepla:
$ A = \ frac {q} {u \ Times \ delta t_ {lm}} = \ frac {125400} {1000 \ Times34,7} \ cva3.61 m^{2} $} $
Faktory ovplyvňujúce výpočet
Existuje niekoľko faktorov, ktoré môžu ovplyvniť presnosť týchto výpočtov.
Zŕzganie: V priebehu času sa môžu ložiská hromadiť na bokoch trubice a škrupiny výmenníka tepla, zvyšovať tepelný odpor a znížiť celkový koeficient prenosu tepla $ u $. Musíte zodpovedať za znečistenie pomocou faktora znečistenia, ktorý sa pridáva k výpočtom tepelného odporu.
Vzory prietoku: Skutočné vzory prietoku v trubicovom výmenníku trubice škrupiny môžu byť zložitejšie ako ideálny počítač - prietok alebo paralelné - prietokové predpoklady. Môže dôjsť k prietoku a obtoku tekutín, ktoré môžu ovplyvniť výkon prenosu tepla.
Tekuté vlastnosti: Vlastnosti tekutín, ako je viskozita, hustota a tepelná vodivosť, sa môžu meniť s teplotou. To môže ovplyvniť koeficienty konvekčného prenosu tepla a celkový koeficient prenosu tepla $ u $.
Ak ste na trhu s výmenníkom tepla shell trubice a potrebujete pomoc s veľkosťou alebo porozumením výpočtov prenosu tepla, neváhajte sa osloviť. Sme tu, aby sme vám pomohli nájsť správny výmenník tepla pre vašu konkrétnu aplikáciu. Či už je to pre malý priemyselný proces alebo priemyselný priemyselný proces alebo rozsiahlu elektráreň, máme odborné znalosti a výrobky, ktoré vyhovujú vašim potrebám. Kontaktujte nás a začnite rozhovor o vašich požiadavkách na výmenník tepla a poďme spolupracovať pri hľadaní najlepšieho riešenia.
Odkazy
- Incropera, FP a DeWitt, DP (2002). Základy prenosu tepla a hmoty. John Wiley & Sons.
- Holman, JP (2002). Prenos tepla. McGraw - Hill.