Hey! Sebagai pembekal penukar haba cangkerang dan tiub, saya sering ditanya tentang cara mengira kawasan pemindahan haba peranti canggih ini. Ia merupakan langkah penting dalam mereka bentuk dan mensaiz penukar haba untuk keperluan khusus anda. Jadi, mari kita selami dan pecahkan prosesnya.
Memahami Asas Penukar Haba Shell dan Tiub
Sebelum kita mula mengira kawasan pemindahan haba, adalah penting untuk mempunyai pemahaman asas tentang cara penukar haba shell dan tiub berfungsi. Penukar haba ini terdiri daripada sekumpulan tiub yang disertakan dalam cangkerang. Satu bendalir mengalir melalui tiub, manakala satu lagi mengalir di luar tiub, melalui cangkerang. Haba dipindahkan dari cecair panas ke cecair sejuk melalui dinding tiub.
Terdapat pelbagai jenis penukar haba shell dan tiub yang tersedia, masing-masing mempunyai kelebihan dan aplikasinya sendiri. Sebagai contoh,Penukar Haba Tiub Shell Menegakbagus untuk aplikasi di mana ruang terhad atau di mana graviti boleh membantu dalam pengaliran bendalir.Penukar Haba Cangkang Dan Tiub Keluli Tahan Karatsangat tahan terhadap kakisan, menjadikannya sesuai untuk digunakan dengan cecair menghakis. DanCangkang Logam dan Penukar Haba Tiubmenawarkan kekonduksian terma yang sangat baik dan ketahanan.
Persamaan Pemindahan Haba
Langkah pertama dalam mengira kawasan pemindahan haba ialah menggunakan persamaan pemindahan haba, yang diberikan oleh:
[Q = U \times A \times \Delta T__{lm}]
di mana:
- (Q) ialah kadar pemindahan haba (dalam watt atau BTU/jam),
- (U) ialah pekali pemindahan haba keseluruhan (dalam (W/m^2K) atau (BTU/jam-ft^2-°F)),
- (A) ialah kawasan pemindahan haba (dalam (m^2) atau (ft^2)),
- (\Delta T_{lm}) ialah perbezaan suhu purata log (LMTD).
Kita boleh menyusun semula persamaan ini untuk menyelesaikan kawasan pemindahan haba (A):
[A=\frac{Q}{U\times\Delta T__{lm}}]
Mari kita pecahkan setiap komponen persamaan ini dengan lebih lanjut.
Mengira Kadar Pemindahan Haba (Q)
Kadar pemindahan haba (Q) mewakili jumlah haba yang perlu dipindahkan daripada bendalir panas ke bendalir sejuk. Ia boleh dikira menggunakan persamaan berikut:
[Q = m\kali C_p\times\Delta T]
di mana:
- (m) ialah kadar aliran jisim bendalir (dalam kg/s atau lb/jam),
- (C_p) ialah kapasiti haba tentu bendalir (dalam (J/kgK) atau (BTU/lb-°F)),
- (\Delta T) ialah perbezaan suhu bendalir (dalam (K) atau (°F)).
Anda perlu mengira kadar pemindahan haba untuk kedua-dua cecair panas dan sejuk. Dalam penukar haba yang ideal, kadar pemindahan haba untuk cecair panas harus sama dengan kadar pemindahan haba untuk cecair sejuk. Walau bagaimanapun, dalam aplikasi dunia sebenar, mungkin terdapat beberapa kerugian.
Menentukan Pekali Pemindahan Haba Keseluruhan (U)
Pekali pemindahan haba keseluruhan (U) mengambil kira rintangan kepada pemindahan haba pada kedua-dua bahagian tiub dan bahagian cangkerang, serta rintangan dinding tiub. Ia dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti sifat bendalir, kadar aliran, geometri tiub, dan kekotoran.
Menganggarkan pekali pemindahan haba keseluruhan boleh menjadi agak rumit. Anda boleh mencari nilai biasa untuk (U) dalam buku teks pemindahan haba atau buku panduan kejuruteraan berdasarkan jenis cecair, keadaan aliran dan reka bentuk penukar haba. Sebagai alternatif, anda boleh menggunakan korelasi empirikal atau alatan perisian untuk mengira (U) dengan lebih tepat.
Mengira Perbezaan Suhu Min Log (LMTD)
Perbezaan suhu purata log (\Delta T_{lm}) digunakan untuk mengambil kira perbezaan suhu yang berbeza-beza antara cecair panas dan sejuk sepanjang panjang penukar haba. Ia dikira menggunakan formula berikut:
[\Delta T_{lm}=\frac{\Delta T_1 - \Delta T_2}{\ln(\frac{\Delta T_1}{\Delta T_2})}]
di mana:
- (\Delta T_1) ialah perbezaan suhu antara cecair panas dan sejuk pada satu hujung penukar haba,
- (\Delta T_2) ialah perbezaan suhu antara cecair panas dan sejuk di hujung satu lagi penukar haba.
Formula LMTD menganggap keadaan aliran balas. Untuk penukar haba aliran selari, formula tetap sama, tetapi perbezaan suhu ditakrifkan secara berbeza.
Menyatukan Semuanya
Setelah anda mengira kadar pemindahan haba (Q), menentukan pekali pemindahan haba keseluruhan (U), dan mengira perbezaan suhu purata log (\Delta T_{lm}), anda boleh menggunakan formula (A=\frac{Q}{U\times\Delta T_{lm}}) untuk mengira kawasan pemindahan haba (A).
Mari kita lihat contoh untuk menggambarkan prosesnya. Katakan kita mempunyai penukar haba di mana bendalir panas mempunyai kadar aliran jisim (m_h = 10\ kg/s), muatan haba tentu (C_{p,h}= 2000\ J/kgK), dan masuk pada suhu (T_{h,in}= 100°C) dan meninggalkan pada (T_{h,out}= 60°C). Bendalir sejuk mempunyai kadar aliran jisim (m_c = 15\ kg/s), muatan haba tentu (C_{p,c}= 4000\ J/kgK), dan masuk pada suhu (T_{c,in}= 20°C).
Pertama, kita mengira kadar pemindahan haba (Q) untuk bendalir panas:
[Q = m_h\kali C_{p,h}\times(T_{h,in}-T_{h,keluar})]
[Q = 10\ kg/s\kali2000\ J/kgK\kali(100 - 60)K]
[Q = 800000\ W]
Dengan mengandaikan tiada kehilangan haba, kadar pemindahan haba bagi bendalir sejuk juga adalah (Q = 800000\ W). Kemudian kita boleh mengira suhu keluar cecair sejuk:
[Q = m_c\times C_{p,c}\times(T_{c,out}-T_{c,in})]
[800000\ W= 15\ kg/s\times4000\ J/kgK\times(T_{c,out}- 20°C)]
[T_{c,out}=\frac{800000\ W}{15\ kg/s\times4000\ J/kgK}+ 20°C\approx33.3°C]
Seterusnya, kami mengira perbezaan suhu pada dua hujung penukar haba:
(\Delta T_1=T_{h,in}-T_{c,out}=100°C - 33.3°C = 66.7°C)
(\Delta T_2=T_{h,keluar}-T_{c,in}=60°C - 20°C = 40°C)
Perbezaan suhu purata log ialah:
[\Delta T_{lm}=\frac{66.7 - 40}{\ln(\frac{66.7}{40})}\approx52.6°C]
Mari kita andaikan pekali pemindahan haba keseluruhan (U = 500\ W/m^2K). Kemudian, kita boleh mengira kawasan pemindahan haba:
[A=\frac{Q}{U\times\Delta T_{lm}}=\frac{800000\ W}{500\ W/m^2K\times52.6K}\approx30.4\ m^2]
Pertimbangan dan Had
Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa pengiraan yang saya terangkan di sini adalah berdasarkan andaian yang ideal. Dalam aplikasi dunia sebenar, terdapat beberapa faktor yang boleh menjejaskan ketepatan pengiraan ini. Sebagai contoh, kekotoran permukaan tiub dari semasa ke semasa boleh mengurangkan pekali pemindahan haba keseluruhan dan meningkatkan rintangan kepada pemindahan haba. Ini mungkin memerlukan anda untuk mereka bentuk penukar haba dengan beberapa margin tambahan untuk mengambil kira kekotoran.
Juga, pengagihan aliran cecair di dalam penukar haba mungkin tidak seragam, yang boleh menjejaskan prestasi pemindahan haba. Anda mungkin perlu menggunakan simulasi dinamik bendalir pengiraan (CFD) yang lebih maju untuk menganalisis corak aliran dan mengoptimumkan reka bentuk.
Kesimpulan
Mengira kawasan pemindahan haba bagi penukar haba cengkerang dan tiub ialah proses pelbagai langkah yang melibatkan pemahaman persamaan pemindahan haba, mengira kadar pemindahan haba, menentukan pekali pemindahan haba keseluruhan, dan mengira perbezaan suhu purata log. Dengan mengikuti langkah ini dan mempertimbangkan pelbagai faktor yang boleh mempengaruhi pemindahan haba, anda boleh mereka bentuk penukar haba yang memenuhi keperluan khusus anda.
Jika anda berada di pasaran untuk penukar haba shell dan tiub atau memerlukan bantuan dengan reka bentuk dan proses saiz, jangan teragak-agak untuk menghubungi. Kami di sini untuk membantu anda mencari penyelesaian yang tepat untuk permohonan anda. Sama ada anda memerlukan aPenukar Haba Tiub Shell Menegak,Penukar Haba Cangkang Dan Tiub Keluli Tahan Karat, atauCangkang Logam dan Penukar Haba Tiub, kami membantu anda.
Rujukan
- Incropera, FP, & DeWitt, DP (2002). Asas Pemindahan Haba dan Jisim. John Wiley & Sons.
- Kern, DQ (1950). Proses Pemindahan Haba. McGraw-Hill.