Szia! Hőcserélő beszállítóként gyakran kérdeznek tőlem, hogyan kell kiszámítani a hőcserélő hőátadási sebességét. Ez döntő szempont mindazok számára, akik optimalizálni szeretnék hőcserélő rendszereiket, legyen szó ipari folyamatokról, HVAC-rendszerekről vagy más alkalmazásokról. Szóval, merüljünk bele, és bontsuk le.
A hőátadás alapjainak megértése
Mielőtt elkezdené a számítást, fontos megérteni a hőátadás alapelveit. A hőátadásnak három fő módja van: vezetés, konvekció és sugárzás. A hőcserélőkben a vezetés és a konvekció az elsődleges játékmód.
A vezetés a hő átadása szilárd anyagon keresztül. Gondoljon erre úgy, mint amikor megérint egy forró fémkanalat egy forró csésze kávéban. A kávé hője a kanálon keresztül a kezedbe kerül. A hőcserélőben a vezetés a két folyadékot elválasztó csövek vagy lemezek falain keresztül történik.
A konvekció ezzel szemben a hő átadása egy folyadék mozgásával. A hőcserélőben az egyik folyadék felmelegszik vagy lehűl, miközben a csövek vagy lemezek felületén áramlik, és hőt ad át a másik folyadéknak vagy onnan.
A hőátadási egyenlet
A hőcserélő hőátadási sebessége (Q) a következő egyenlettel számítható ki:
Q = U * A * ΔTlm
Bontsuk fel ennek az egyenletnek az egyes összetevőit:
- IN: Ez a teljes hőátbocsátási tényező. A hőcserélő hőátadó képességét mutatja, és olyan tényezőket vesz figyelembe, mint az anyagok hővezető képessége, a falak vastagsága és a folyadékok áramlási jellemzői. Az U mértékegységei jellemzően W/(m²·K).
- A: Ez a hőátadó terület. Ez a két folyadék közötti hőátadáshoz rendelkezésre álló felület. Minél nagyobb a terület, annál több hőt lehet átadni. Az A egységei négyzetméterek (m²).
- ΔTlm: Ez a logaritmikus átlagos hőmérséklet-különbség. Ez a két folyadék közötti átlagos hőmérséklet-különbség mértéke a hőcserélő hosszában. A ΔTlm mértékegységei Kelvin (K) vagy Celsius-fok (°C).
A teljes hőátadási tényező (U) kiszámítása
A teljes hőátbocsátási tényező kiszámítása kissé bonyolult lehet, mert sok tényezőtől függ. Általában a következő képlettel becsülhető meg:
1/U = 1/hi + δ/k + 1/óra
Ahol:
- Szia: Ez a belső hőátbocsátási tényező. Ez annak mértéke, hogy a csövekben vagy lemezekben lévő folyadék milyen jól adja át a hőt a falaknak. Ez olyan tényezőktől függ, mint a folyadék tulajdonságai (sűrűség, viszkozitás, fajhő), az áramlási sebesség és a csövek vagy lemezek geometriája.
- d: Ez a fal vastagsága a két folyadék között.
- k: Ez a fal anyagának hővezető képessége.
- hogy: Ez a külső hőátbocsátási tényező. Hasonló a hi-hez, de a csöveken vagy lemezeken kívüli folyadékhoz.
Számos korreláció és empirikus egyenlet áll rendelkezésre a hi és ho kiszámítására a folyadék típusa, az áramlási rendszer (lamináris vagy turbulens) és a hőcserélő geometriája alapján. Például egy kör alakú csőben teljesen kifejlődött turbulens áramlás esetén a Dittus - Boelter egyenlet használható a hi kiszámítására:
Nu = 0,023 * Re^0,8 * Pr^n
Ahol:
- Nem: Ez a Nusselt-szám, amely egy dimenzió nélküli szám, amely a konvektív és a vezetőképes hőátadás arányát jelenti.
- Re: Ez a Reynolds-szám, amely egy dimenzió nélküli szám, amely a folyadékban lévő tehetetlenségi erők és viszkózus erők arányát jelenti. Az áramlási rendszer (lamináris vagy turbulens) meghatározására szolgál.
- Pr: Ez a Prandtl-szám, amely egy dimenzió nélküli szám, amely az impulzusdiffúzivitás és a hődiffúzivitás arányát jelenti a folyadékban.
- n: Ez egy kitevő, amely attól függ, hogy a folyadékot felmelegítik vagy hűtik. Fűtésnél n = 0,4, hűtésnél n = 0,3.
A hőátadási terület meghatározása (A)
A hőátadási terület a hőcserélő geometriája alapján számítható ki. Például egy héj-csöves hőcserélőben a csövek hőátadási területe a következő képlettel számítható ki:
A = π * d * L * N
Ahol:
- d: Ez a csövek külső átmérője.
- L: Ez a csövek hossza.
- N: Ez a csövek száma.
A lemezes hőcserélőben a hőátadási terület az összes lemez felületének összege.
A logaritmikus átlagos hőmérséklet-különbség (ΔTlm) kiszámítása
A logaritmikus átlaghőmérséklet-különbség a következő képlettel számítható ki:
ΔTlm = (ΔT1 - ΔT2) / ln (ΔT1 / ΔT2)
Ahol:
- ΔT1: Ez a hőmérséklet különbség a hőcserélő egyik végén lévő két folyadék között.
- ΔT2: Ez a hőmérsékletkülönbség a hőcserélő másik végén lévő két folyadék között.
Különböző típusú hőcserélők és szempontjaik
Hőcserélő beszállítóként különféle hőcserélőket kínálunk, amelyek mindegyike saját jellemzőkkel és szempontokkal rendelkezik a hőátadási sebesség kiszámításához.
Széles hézagú lemezes hőcserélő
ASzéles hézagú lemezes hőcserélőOlyan alkalmazásokhoz készült, ahol a folyadék szilárd anyagokat vagy rostokat tartalmaz. A lemezek közötti széles rések lehetővé teszik ezeknek a folyadékoknak a jobb áramlását, eltömődés nélkül. A széles hézagú lemezes hőcserélő hőátadási sebességének kiszámításakor a folyadék áramlási jellemzői fontosabbak, mint egy szabványos lemezes hőcserélőben. A nagyobb hézagok miatt a teljes hőátbocsátási tényező alacsonyabb lehet, de a hőátadási terület kompenzálható.
Forrasztott lemezes hőcserélő
AForrasztott lemezes hőcserélőegy kompakt és hatékony hőcserélő. A keményforrasztási eljárás jó hőkontaktust biztosít a lemezek között, ami magas általános hőátbocsátási tényezőt eredményez. A hőátadási sebesség számításánál figyelembe kell venni a lemezek vékony falait és a nagy hatásfokú áramlási csatornákat.
Spirális tekercscső hőcserélő
ASpirális tekercscső hőcserélőalkalmas magas nyomású és magas hőmérsékletű alkalmazásokhoz. A spirális kialakítás nagy hőátadási területet biztosít kompakt helyen. A hőátadási sebesség kiszámításakor figyelembe kell venni a spirálcsövek komplex áramlási mintáját.
Tippek a pontos számításhoz
- Folyadék tulajdonságai: Ügyeljen arra, hogy pontos folyadéktulajdonságokat használjon, például sűrűséget, viszkozitást, fajhőt és hővezető képességet. Ezek a tulajdonságok a hőmérséklettől és a nyomástól függően változhatnak.
- Áramlási sebességek: Mérje meg vagy becsülje meg pontosan a folyadékok áramlási sebességét. Az áramlási sebességek befolyásolják a Reynolds-számot és a teljes hőátbocsátási tényezőt.
- Hőmérséklet mérések: Végezzen pontos hőmérsékletmérést a hőcserélő bemeneténél és kimeneténél. Ezeket a hőmérsékleteket használják a logaritmikus átlagos hőmérséklet-különbség kiszámításához.
Következtetés
A hőcserélő hőátadási sebességének kiszámítása összetett, de fontos feladat. A hőátadás alapelveinek megértésével, a megfelelő egyenletek használatával, valamint a hőcserélő és a folyadékok sajátos jellemzőinek figyelembe vételével pontosan megbecsülheti a hőátadási sebességet.
Ha hőcserélőt szeretne vásárolni, vagy segítségre van szüksége a hőátadási számításokhoz, ne habozzon kapcsolatba lépni. Azért vagyunk itt, hogy segítsünk Önnek megtalálni a legjobb hőcserélő megoldást az Ön igényeinek. Akár aSzéles hézagú lemezes hőcserélő, aForrasztott lemezes hőcserélő, vagy aSpirális tekercscső hőcserélő, gondoskodunk róla. Kezdjünk egy beszélgetést, és nézzük meg, hogyan optimalizálhatjuk hőcserélő rendszerét.
Hivatkozások
- Incropera, FP és DeWitt, DP (2002). A hő- és tömegátadás alapjai. John Wiley & Sons.
- Holman, JP (2002). Hőátvitel. McGraw – Hill.