วิธีการคำนวณอัตราการถ่ายเทความร้อนของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนประเภทครีบ?

เฮ้ เป็นซัพพลายเออร์ของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนประเภทครีบฉันมักจะถูกถามเกี่ยวกับวิธีการคำนวณอัตราการถ่ายเทความร้อนของอุปกรณ์ที่ดีเหล่านี้ ดังนั้นฉันคิดว่าฉันจะทำลายมันลงในแบบที่เข้าใจง่ายแม้ว่าคุณจะไม่ได้ถ่ายโอนความร้อนก็ตาม

ก่อนอื่นเรามาพูดคุยกันว่าตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบครีบคืออะไร เป็นอุปกรณ์ที่ถ่ายโอนความร้อนระหว่างของเหลวสองตัว - โดยปกติจะเป็นของเหลวและก๊าซ - ใช้ครีบเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวที่มีสำหรับการถ่ายเทความร้อน การออกแบบนี้ทำให้ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดครีบมีประสิทธิภาพเป็นอย่างมากและใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ตั้งแต่ระบบ HVAC ไปจนถึงกระบวนการอุตสาหกรรม

ตอนนี้เรามาเข้าไปใน nitty - มีความกล้าหาญในการคำนวณอัตราการถ่ายเทความร้อน มีปัจจัยสำคัญและสมการที่คุณจำเป็นต้องรู้

พื้นฐานของการถ่ายเทความร้อน

การถ่ายเทความร้อนสามารถเกิดขึ้นได้สามวิธี: การนำการพาความร้อนและการแผ่รังสี ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนประเภทครีบการนำและการพาความร้อนเป็นผู้เล่นหลัก

การนำคือการถ่ายโอนความร้อนผ่านวัสดุที่เป็นของแข็ง ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนของเราสิ่งนี้เกิดขึ้นภายในครีบและหลอด อัตราการนำไฟฟ้าอยู่ภายใต้กฎหมายของฟูริเยร์ซึ่งระบุว่าอัตราการถ่ายเทความร้อน (q) ผ่านของแข็งนั้นเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างของอุณหภูมิทั่ววัสดุพื้นที่ตัดขวาง (a) ซึ่งความร้อนไหลและการนำความร้อน (k) ของวัสดุ สมการคือ (q = - ka \ frac {dt} {dx}) โดยที่ (\ frac {dt} {dx}) คือการไล่ระดับอุณหภูมิ

ในทางกลับกันการพาความร้อนคือการถ่ายโอนความร้อนระหว่างพื้นผิวที่เป็นของแข็งและของเหลว มันอาจเป็นการพาความร้อนแบบบังคับ (เมื่อของเหลวถูกเคลื่อนย้ายโดยแรงภายนอกเช่นพัดลมหรือปั๊ม) หรือการพาความร้อนตามธรรมชาติ (เมื่อของเหลวเคลื่อนที่เนื่องจากความแตกต่างของความหนาแน่นที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ) อัตราการถ่ายเทความร้อนเนื่องจากการพาความร้อนได้รับจากกฎการระบายความร้อนของนิวตัน: (q = ha \ delta t) โดยที่ (h) คือค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน (a) คือพื้นที่ผิวและ (\ delta t) คือความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวของแข็งและของเหลว

การคำนวณอัตราการถ่ายเทความร้อนในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดครีบ

ในการคำนวณอัตราการถ่ายเทความร้อนโดยรวมในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดครีบเรามักจะใช้แนวคิดของค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม (U) ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวมนั้นคำนึงถึงความต้านทานต่อการถ่ายเทความร้อนทั้งด้านที่ร้อนและเย็นของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนรวมถึงความต้านทานเนื่องจากการนำผ่านผนังของหลอด

สมการสำหรับอัตราการถ่ายเทความร้อนในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนคือ (q = ua \ delta t_ {lm}) โดยที่ (u) คือสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม (a) คือพื้นที่ถ่ายเทความร้อนทั้งหมด (รวมถึงครีบ) และ (\ delta t_ {lm}) คือบันทึกความแตกต่างของอุณหภูมิ

1. การกำหนดค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม (U)

ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวมสามารถคำนวณได้โดยใช้สมการต่อไปนี้: (\ frac {1} {u} = \ frac {1} {h_i}+\ frac {r_fi} {k_i}+\ frac {\ ln (r_o/r_i) kl}+\ frac {r_fo} {k_o}+\ frac {1} {h_o}) โดยที่ (h_i) และ (h_o) เป็นค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนที่อยู่ด้านในและด้านนอกของท่อตามลำดับ (K_O) เป็นค่าการนำความร้อนของของเหลวในด้านในและด้านนอกของหลอด (R_I) และ (R_O) เป็นรัศมีด้านในและด้านนอกของหลอด (K) เป็นการนำความร้อนของวัสดุท่อและ (l) คือความยาวของท่อ

ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน (H_I) และ (H_O) สามารถกำหนดได้โดยใช้สหสัมพันธ์เชิงประจักษ์ ตัวอย่างเช่นสำหรับการพาความร้อนที่ถูกบังคับภายในหลอด Dittus - สมการ Boelter สามารถใช้: (nu = 0.023re^{0.8} pr^n) โดยที่ (nu = \ frac {hd} {k}) คือจำนวน nusselt (pr = \ frac {\ mu c_p} {k}) คือหมายเลข prandtl (d) คือเส้นผ่านศูนย์กลางของหลอด (\ rho) คือความหนาแน่นของของเหลว (v) คือความเร็วของของเหลว (\ mu) (n = 0.3) สำหรับการระบายความร้อน

2. การคำนวณพื้นที่ถ่ายเทความร้อนทั้งหมด (A)

พื้นที่ถ่ายเทความร้อนทั้งหมดของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดครีบรวมถึงพื้นที่ของหลอดและพื้นที่ของครีบ พื้นที่ของหลอดสามารถคำนวณได้เป็น (a_t = \ pi d_il) สำหรับพื้นที่ผิวด้านในและ (a_o = \ pi d_ol) สำหรับพื้นที่ผิวด้านนอกโดยที่ (d_i) และ (d_o) เป็นเส้นผ่านศูนย์กลางด้านในและด้านนอกของท่อและ (l)

พื้นที่ของครีบสามารถคำนวณได้ตามเรขาคณิตของพวกเขา ตัวอย่างเช่นสำหรับครีบสี่เหลี่ยมพื้นที่ของครีบเดียวคือ (a_f = 2L_FW_F+2T_FL_F) โดยที่ (L_F) คือความยาวของครีบ (W_F) คือความกว้างของครีบและ (t_f) คือความหนาของครีบ พื้นที่ครีบทั้งหมดนั้นเป็นพื้นที่ของครีบเดียวคูณด้วยจำนวนครีบ

3. การค้นหาบันทึก - ค่าเฉลี่ยความแตกต่างของอุณหภูมิ ((\ delta t_ {lm})))

ความแตกต่างของอุณหภูมิ - ค่าเฉลี่ยใช้เพื่ออธิบายถึงความจริงที่ว่าความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างของเหลวร้อนและเย็นเปลี่ยนไปตามความยาวของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน มันถูกคำนวณโดยใช้สูตร (\ delta t_ {lm} = \ frac {\ delta t_1- \ delta t_2} {\ ln (\ frac {\ delta t_1} {\ delta t_2})}) ปลายสองปลายของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน

ข้อพิจารณาพิเศษ

มีอีกสองสามสิ่งที่ควรทราบเมื่อคำนวณอัตราการถ่ายเทความร้อนของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดครีบ

• ประสิทธิภาพครีบ: ครีบไม่มีประสิทธิภาพ 100% ในการถ่ายโอนความร้อน ประสิทธิภาพของครีบ ((\ eta_f)) คำนึงถึงความจริงที่ว่าอุณหภูมิตามครีบลดลงจากฐานของครีบถึงปลาย ประสิทธิภาพของครีบสามารถคำนวณได้โดยใช้วิธีการวิเคราะห์หรือตัวเลขขึ้นอยู่กับเรขาคณิตของครีบ พื้นที่ครีบที่มีประสิทธิภาพคือ (a_ {fe} = \ eta_fa_f)
• การเปรอะเปื้อน: เมื่อเวลาผ่านไปเงินฝากสามารถสร้างขึ้นบนพื้นผิวของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเพิ่มความต้านทานต่อการถ่ายเทความร้อน สิ่งนี้เรียกว่าเปรอะเปื้อน ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ความต้านทานการเปรอะเปื้อน (R_FI) และ (R_FO) รวมอยู่ในการคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม

แอปพลิเคชั่นจริง - โลก

ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดครีบถูกใช้ในแอพพลิเคชั่นที่หลากหลาย ตัวอย่างเช่น,หม้อน้ำอุตสาหกรรม SRLเป็นประเภทของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดครีบที่ใช้กันทั่วไปในการตั้งค่าอุตสาหกรรมเพื่อทำให้ของเหลวเย็นลงเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนระบายความร้อนอากาศเป็นอีกตัวอย่างหนึ่งซึ่งใช้อากาศเป็นสื่อความเย็น

ในแอปพลิเคชันเหล่านี้การคำนวณอัตราการถ่ายเทความร้อนเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการออกแบบและการทำงานที่เหมาะสม ตัวอย่างเช่นในกระบวนการอุตสาหกรรมหากอัตราการถ่ายเทความร้อนถูกคำนวณผิดอุปกรณ์อาจไม่สามารถทำให้ของเหลวเย็นลงกับอุณหภูมิที่ต้องการซึ่งนำไปสู่ความไร้ประสิทธิภาพหรือแม้กระทั่งความเสียหายต่ออุปกรณ์กระบวนการ

ห่อและเอื้อมมือออกไป

การคำนวณอัตราการถ่ายเทความร้อนของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดครีบอาจดูซับซ้อน แต่ด้วยการทำความเข้าใจหลักการพื้นฐานของการถ่ายเทความร้อนและการใช้สมการที่เหมาะสมมันจะสามารถจัดการได้ ในฐานะซัพพลายเออร์ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนประเภทครีบเรามีความเชี่ยวชาญและประสบการณ์ที่จะช่วยคุณในการคำนวณเหล่านี้และตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณได้รับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่เหมาะสมสำหรับความต้องการของคุณ

หากคุณอยู่ในตลาดสำหรับตัวแลกเปลี่ยนความร้อนประเภทครีบหรือต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการคำนวณการถ่ายเทความร้อนอย่าลังเลที่จะเข้าถึง เราอยู่ที่นี่เพื่อช่วยคุณในการเลือกที่ดีที่สุดสำหรับแอปพลิเคชันของคุณ มาเริ่มการสนทนาและดูว่าเราสามารถทำงานร่วมกันได้อย่างไรเพื่อตอบสนองความต้องการการถ่ายเทความร้อนของคุณ

การอ้างอิง

• Incropera, FP, & Dewitt, DP (2002) พื้นฐานของความร้อนและการถ่ายโอนมวล John Wiley & Sons
• Holman, JP (2002) การถ่ายเทความร้อน McGraw - Hill