Sebagai pembekal penukar haba tiub, memahami bagaimana untuk mengira pekali pemindahan haba keseluruhan adalah penting. Koefisien ini adalah parameter utama dalam reka bentuk, analisis, dan penilaian prestasi penukar haba tiub. Dalam blog ini, saya akan menyelidiki butiran mengira pekali pemindahan haba keseluruhan, memberikan anda panduan komprehensif yang menggabungkan pengetahuan teoritis dengan pertimbangan praktikal.
1. Memahami asas -asas pemindahan haba dalam penukar haba tiub
Sebelum kita mula mengira pekali pemindahan haba secara keseluruhan, penting untuk memahami prinsip asas pemindahan haba dalam penukar haba tiub. Penukar haba tiub terdiri daripada sekumpulan tiub yang tertutup dalam shell. Satu cecair mengalir melalui tiub (tiub - cecair sisi), manakala yang lain mengalir di luar tiub di dalam shell (cecair sampingan - cecair). Haba dipindahkan dari cecair panas ke cecair sejuk melalui dinding tiub.
Proses pemindahan haba melibatkan tiga rintangan utama: rintangan pada tiub - cecair sisi, rintangan dinding tiub, dan rintangan pada cecair sampingan shell. Koefisien pemindahan haba keseluruhan (U) berkaitan dengan rintangan ini dan ditakrifkan oleh persamaan berikut berdasarkan Undang -Undang Pengalihan Haba Fourier dan Undang -undang Penyejukan Newton:
$$ q = ua \ delta t_ {lm} $$
Di mana $ q $ adalah kadar pemindahan haba, $ A $ adalah kawasan pemindahan haba, dan $ \ delta t_ {lm} $ adalah perbezaan suhu log.
2. Mengira pekali pemindahan haba individu
Tiub - pekali pemindahan haba sampingan ($ h_i $)
Koefisien pemindahan haba tiub - boleh dikira menggunakan korelasi empirikal. Salah satu korelasi yang paling biasa digunakan ialah persamaan Dittus - Boelter untuk aliran bergelora ($ re> 10000 $) dalam tiub licin:
$$ nu = 0.023 re^{0.8} pr^n $$
di mana $ nu = \ frac {h_i d_i} {k} $, $ re = \ frac {\ rho v d_i} {\ mu} $, $ pr = \ frac {c_p \ mu} {k} $, $ d_i adalah diameter $ Halaju cecair, $ \ mu $ adalah kelikatan dinamik cecair, $ c_p $ adalah kapasiti haba tertentu pada tekanan malar, dan $ k $ adalah kekonduksian terma cecair. Eksponen $ n $ adalah 0.4 untuk pemanasan dan 0.3 untuk penyejukan.
Untuk aliran laminar ($ re <2300 $), persamaan Sieder - Tate boleh digunakan:
$$ nu = 1.86 \ left (\ frac {re pr d_i} {l} \ right)^{\ frac {1} {3}} \ left (\ frac {\ mu} {\ mu_w} \ right)^{0.14}
Di mana $ L $ adalah panjang tiub dan $ \ mu_w $ adalah kelikatan bendalir pada suhu dinding.
Shell - pekali pemindahan haba sampingan ($ h_o $)
Mengira pekali pemindahan haba - shell - lebih kompleks kerana corak aliran kompleks cecair sampingan. Satu pendekatan adalah menggunakan kaedah Kern. Kaedah Kern memberikan anggaran pekali pemindahan haba sampingan berdasarkan diameter setara ($ d_e $) dari shell - aliran sisi aliran:
$$ nu = 0.36 re^{0.55} pr^{\ frac {1} {3}} \ left (\ frac {\ mu} {\ mu_w} \ right)^{0.14}
di mana $ re = \ frac {\ rho v_s d_e} {\ mu} $, dan $ v_s $ adalah shell - halaju cecair sisi. Diameter setara $ d_e $ bergantung kepada susunan tiub (contohnya, segi tiga atau persegi padang).
3. Memandangkan rintangan dinding tiub
Rintangan dinding tiub untuk pemindahan haba diberikan oleh:
$$ r_ {wall} = \ frac {\ ln \ left (\ frac {d_o} {d_i} \ right)} {2 \ pi k_ {wall} l} $$
Di mana $ d_o $ adalah diameter luar tiub, $ d_i $ adalah diameter dalaman tiub, $ k_ {wall} $ adalah kekonduksian terma bahan tiub, dan $ l $ adalah panjang tiub.
4. Mengira pekali pemindahan haba keseluruhan
Koefisien pemindahan haba keseluruhan berdasarkan kawasan permukaan luar tiub ($ u_o $) boleh dikira menggunakan persamaan berikut, yang mengambil kira rintangan individu:
$$ \ frac {1} {u_o} = \ frac {d_o} {h_i d_i}+\ frac {d_o \ ln \ left (\ frac {d_o} {d_i} \ right)} {2k_ {wall}}+\ frac {1} {h_o}+r_ {f, i} \ frac {d_o}}
di mana $ r_ {f, i} $ dan $ r_ {f, o} $ adalah rintangan fouling pada tiub - sisi dan shell - masing -masing. Fouling adalah pemendapan bahan yang tidak diingini pada permukaan pemindahan haba, yang meningkatkan rintangan kepada pemindahan haba.
5. Pertimbangan dan contoh praktikal
Dalam aplikasi praktikal, pengiraan pekali pemindahan haba keseluruhan memerlukan data yang tepat mengenai sifat bendalir, kadar aliran, dimensi tiub, dan faktor fouling. Mari kita pertimbangkan contoh:
Katakan kita mempunyaiCangkang mendatar dan penukar haba tiubdengan parameter berikut:
- Tiub diameter dalaman $ d_i = 0.02 $ m
- Tiub diameter luar $ d_o = 0.025 $ m
- Panjang tiub $ l = 3 $ m
- Bahan tiub: keluli tahan karat dengan $ k_ {dinding} = 16 $ w/(m · k)
- Tiub - cecair sampingan: air dengan $ h_i = 2000 $ w/(m² · k)
- Shell - cecair sampingan: minyak dengan $ h_o = 500 $ w/(m² · k)
- Rintangan fouling pada tiub - sampingan $ r_ {f, i} = 0.0002 $ m² · k/w
- Rintangan Fouling pada shell - Side $ r_ {f, o} = 0.0005 $ m² · k/w
Kita boleh mengira pekali pemindahan haba keseluruhan berdasarkan kawasan permukaan luar:
$$ \ frac {1} {u_o} = \ frac {0.025} {2000 \ times0.02}+\ frac {0.025 \ ln \ left (\ frac {0.025} { 0.02} \ right)} {2 \ times16}+\ frac {1} {500} +0.0002 \ times \ frac {0.025} {0.02}+0.0005 $$
$$ \ frac {1} {u_o} = 0.000625 + 0.000044 + 0.002 + 0.00025 + 0.0005 $$
$$ \ frac {1} {u_o} = 0.003419 $$
$$ u_o \ kira -kira 292.5 \ w/(m² · k) $$
6. Kepentingan pekali pemindahan haba keseluruhan
Koefisien pemindahan haba keseluruhan adalah parameter kritikal dalam reka bentuk dan operasi penukar haba tiub. Koefisien pemindahan haba keseluruhan yang lebih tinggi bermakna pemindahan haba yang lebih cekap, yang boleh menyebabkan penukar haba yang lebih kecil, penggunaan tenaga yang lebih rendah, dan mengurangkan kos operasi.
Untuk pelbagai jenis penukar haba tiub, sepertiShell lulus tunggal dan penukar haba tiubdanPenukar haba tiub titanium, Pengiraan pekali pemindahan haba keseluruhan adalah sama pentingnya. Ciri -ciri bahan, konfigurasi aliran, dan keadaan operasi penukar haba ini akan menjejaskan pekali pemindahan haba individu dan, pada akhirnya, pekali pemindahan haba keseluruhan.
7. Hubungi perbincangan dan perolehan selanjutnya
Jika anda berminat dengan penukar haba tiub atau memerlukan lebih banyak maklumat mengenai mengira pekali pemindahan haba keseluruhan untuk aplikasi khusus anda, kami berada di sini untuk membantu. Pasukan pakar kami mempunyai pengalaman yang luas dalam reka bentuk dan pembuatan penukar haba tiub. Kami dapat memberikan anda penyelesaian yang disesuaikan berdasarkan keperluan anda.
Sama ada anda memerlukan penukar haba tiub standard atau yang khusus seperti penukar haba tiub titanium, kami boleh menawarkan produk berkualiti tinggi dengan prestasi yang sangat baik. Hubungi kami untuk memulakan perbincangan mengenai keperluan pemindahan haba anda dan meneroka kemungkinan perolehan.
Rujukan
- Incropera, FP, DeWitt, DP, Bergman, TL, & Lavine, AS (2007). Asas pemindahan haba dan massa. John Wiley & Sons.
- Kern, DQ (1950). Proses pemindahan haba. McGraw - Hill.