Hei acolo! În calitate de furnizor de schimbătoare de căldură cu tuburi de coajă, de multe ori am fost întrebat despre cum să calculez zona de transfer de căldură a acestor dispozitive. Așadar, m -am gândit că voi reuni această postare pe blog pentru a o descompune pentru tine într -un mod ușor de înțeles.
În primul rând, să vorbim puțin despre ce este un schimbător de căldură cu tub de coajă. OSchimbător de căldură cu tub de coajăeste un tip de schimbător de căldură care constă dintr -o serie de tuburi închise într -o coajă cilindrică. Un fluid curge prin tuburi, în timp ce celălalt curge în afara tuburilor, dar în interiorul cochiliei. Aceasta permite un transfer eficient de căldură între cele două fluide.
Există diferite tipuri de schimbătoare de căldură cu tuburi de coajă, cum ar fiSchimbător de căldură din oțel inoxidabil și tub, ceea ce este excelent pentru aplicațiile în care rezistența la coroziune este importantă șiChange de căldură de contorizare și tub de căldură, unde cele două fluide curg în direcții opuse pentru eficiența maximă a transferului de căldură.
Acum, haideți să intrăm în nitty - greșit de calcularea zonei de transfer de căldură.
Elementele de bază ale transferului de căldură
Ecuația fundamentală pentru transferul de căldură într -un schimbător de căldură este dată de:
$ Q = u \ times a \ times \ delta t_ {lm} $
unde:
- $ Q $ este rata de transfer de căldură (în Watts sau BTU/HR). Aceasta este cantitatea de căldură care trebuie transferată de la un lichid la altul. Îl puteți calcula folosind debitul de masă, capacitatea de căldură specifică și schimbarea temperaturii fluidelor. De exemplu, dacă aveți un fluid cu un debit de masă $ \ dot {m} $, capacitate de căldură specifică $ c_p $, și suferă o schimbare de temperatură $ \ delta t $, atunci $ q = \ dot {m} \ times c_p \ times \ delta t $.
- $ U $ este coeficientul general de transfer de căldură (în $ w/m^{2} \ cdot k $ sau $ btU/hr \ cdot ft^{2} \ cdot^{\ circ} f $). Acest coeficient ține cont de rezistențele termice ale peretelui tubului, alcătuirea pe tub și laturile cochiliei și coeficienții de transfer de căldură convectiv pe ambele părți. Valoarea de $ u $ poate fi estimată pe baza tipului de fluide, a debitului și a geometriei schimbătorului de căldură. Pentru apă - până la - schimbători de căldură cu apă, valorile $ u $ pot varia de la 800 - 1500 $ w/m^{2} \ cdot k $.
- $ A $ este zona de transfer de căldură (în $ m^{2} $ sau $ ft^{2} $), ceea ce încercăm să găsim.
- $ \ Delta t_ {lm} $ este jurnalul - diferența medie de temperatură.
Calcularea jurnalului - diferența medie de temperatură ($ \ delta t_ {lm} $)
Diferența medie de temperatură este utilizată pentru a ține cont de faptul că diferența de temperatură dintre cele două fluide se schimbă de -a lungul lungimii schimbătorului de căldură.
Pentru un contor - schimbător de căldură cu flux, formula pentru $ \ delta t_ {lm} $ este:
$ \ Delta t_ {lm} = \ frac {\ delta t_1- \ delta t_2} {\ ln (\ frac {\ delta t_1} {\ delta t_2})} $
unde $ \ delta t_1 $ și $ \ delta t_2 $ sunt diferențele de temperatură între lichidele calde și reci la cele două capete ale schimbătorului de căldură.
Să zicem că lichidul fierbinte intră la temperatura $ t_ {h1} $ și pleacă la $ t_ {h2} $, iar lichidul rece intră la $ t_ {c1} $ și pleacă la $ t_ {c2} $. Apoi $ \ delta t_1 = t_ {h1} -t_ {c2} $ și $ \ delta t_2 = t_ {h2} -t_ {c1} $.
Pentru un schimbător de căldură paralel cu flux, conceptul este similar, dar diferențele de temperatură sunt definite diferit. În paralel - debit, cele două fluide intră în schimbătorul de căldură în același capăt. Deci, $ \ delta t_1 = t_ {h1} -t_ {c1} $ și $ \ delta t_2 = t_ {h2} -t_ {c2} $.
Rezolvarea pentru zona de transfer de căldură ($ A $)
După ce aveți valorile de $ q $, $ u $ și $ \ delta t_ {lm} $, puteți reorganiza ecuația de transfer de căldură $ q = u \ times a \ times \ delta t_ {lm} $ pentru a rezolva pentru $ a $:
$ A = \ frac {q} {u \ times \ delta t_ {lm}} $
Pas - prin - Exemplu de pas
Să lucrăm printr -un exemplu pentru a face lucrurile mai clare.
Să presupunem că avem un schimbător de căldură al tubului de coajă de contor, unde se încălzește apa. Apa fierbinte intră la 80^{\ circ} c $ și pleacă la 60 $^{\ circ} c $, iar apa rece intră la 20^{\ circ} c $ și pleacă la 50 $^{\ circ} c $. Debitul de masă al apei reci este de 1 kg/s $, iar capacitatea specifică de căldură a apei este de 4,18 KJ/kg \ CDOT K $.
În primul rând, calculați rata de transfer de căldură $ 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 $
În continuare, presupuneți un coeficient general de transfer de căldură $ u = 1000 w/m^{2} \ cdot k $.
Acum, calculați jurnalul - diferența medie de temperatură:
$ \ 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})} \ aprox34.7 k $ $ $
În cele din urmă, calculați zona de transfer de căldură:
$ A = \ frac {q} {u \ times \ delta t_ {lm}} = \ frac {125400} {1000 \ times34.7} \ aprox3.61 m^{2} $
Factori care afectează calculul
Există câțiva factori care pot afecta exactitatea acestor calcule.
Înfundare: În timp, depozitele se pot acumula pe părțile tubului și cochiliei schimbătorului de căldură, crescând rezistența termică și reducând coeficientul total de transfer de căldură $ u $. Trebuie să țineți cont de defecțiune prin utilizarea unui factor de flăcări, care este adăugat la calculele de rezistență termică.
Modele de flux: Modelele reale de flux într -un schimbător de căldură cu tub de coajă pot fi mai complexe decât contorul ideal - flux sau ipoteze paralele - debit. Poate exista fluxuri încrucișate și ocolire a fluidelor, ceea ce poate afecta performanța transferului de căldură.
Proprietăți fluide: Proprietățile fluidelor, cum ar fi vâscozitatea, densitatea și conductivitatea termică, se pot schimba odată cu temperatura. Acest lucru poate afecta coeficienții de transfer de căldură convectiv și coeficientul general de transfer de căldură $ U $.
Dacă sunteți pe piață pentru un schimbător de căldură cu tub de coajă și aveți nevoie de ajutor pentru dimensionarea sau înțelegerea calculelor de transfer de căldură, nu ezitați să ajungeți. Suntem aici pentru a vă ajuta să găsiți schimbătorul de căldură potrivit pentru aplicația dvs. specifică. Fie că este vorba de un proces industrial la scară mică sau de o centrală electrică la scară largă, avem expertiza și produsele pentru a răspunde nevoilor dvs. Contactați -ne pentru a începe o conversație despre cerințele schimbătorului de căldură și să lucrăm împreună pentru a găsi cea mai bună soluție.
Referințe
- Incropera, FP, & DeWitt, DP (2002). Fundamentele transferului de căldură și masă. John Wiley & Sons.
- Holman, JP (2002). Transfer de căldură. McGraw - Hill.