Здравейте! Като доставчик на пластинчати топлообменници често ме питат как да изчисля коефициентите на топлопреминаване на тези лоши момчета. Това е ключов аспект, особено ако искате да оптимизирате работата на вашия топлообменник. Така че, нека се потопим направо и да го разбием стъпка по стъпка.
Разбиране на основите
Първо, трябва да разберем какви са коефициентите на топлопреминаване. С прости думи, коефициентът на топлопреминаване е мярка за това колко добре даден материал или система може да пренася топлина. За топлообменниците тип пластина - черупка, всичко зависи от това колко ефективно топлината може да се премества от един флуид към друг през плочите.
Има два основни вида коефициенти на топлопреминаване, които ни интересуват: общият коефициент на топлопреминаване (U) и индивидуалните коефициенти на топлопреминаване за горещите и студените флуиди (h₁ и h₂). Общият коефициент на топлопреминаване отчита всички съпротивления на топлопреминаване в системата, включително проводимостта през плочите и конвекцията от двете страни на плочите.
Фактори, влияещи върху коефициентите на топлопреминаване
Преди да започнем да изчисляваме, е важно да знаем кои фактори могат да повлияят на коефициентите на топлопреминаване.
Свойства на течността
Свойствата на течностите, протичащи през топлообменника, играят огромна роля. Неща като плътност, вискозитет, специфична топлина и топлопроводимост имат значение. Например течност с висока топлопроводимост ще пренася топлината по-лесно, което води до по-висок коефициент на топлопреминаване.
Скорост на потока
Скоростта, с която флуидите протичат през топлообменника, също е от решаващо значение. Обикновено по-високите скорости на потока водят до по-високи коефициенти на топлопреминаване, тъй като увеличават турбулентността на флуидите. Турбуленцията спомага за смесването на течността и поставянето на прясна, гореща или студена течност в контакт с плочите, подобрявайки преноса на топлина.
Геометрия на плочата
Дизайнът на плочите в топлообменника може да окаже значително влияние върху коефициентите на топлопреминаване. Дебелината на плочата, повърхностната площ и моделът на гофрите върху плочите влияят върху това как текат течностите и как се пренася топлината. Например, плочи с по-голяма повърхност осигуряват повече площ за пренос на топлина, което може да увеличи коефициента на топлопреминаване.
Изчисляване на индивидуалните коефициенти на топлопреминаване
Нека започнем, като разгледаме как да изчислим индивидуалните коефициенти на топлопреминаване за горещите и студените флуиди. Има няколко метода за това, но един от най-разпространените е използването на емпирични корелации.
Уравнение на Dittus - Boelter
Уравнението на Dittus - Boelter е добре позната корелация за турбулентния поток в тръбите и може също да се приложи към топлообменници тип пластина - черупка при определени условия. Уравнението се дава от:
No = 0,023 Re⁰.⁸ Prⁿ
където Nu е числото на Нуселт, Re е числото на Рейнолдс, Pr е числото на Прандтл и n зависи от това дали течността се нагрява или охлажда. За отопление n = 0,4, а за охлаждане n = 0,3.
Числото на Нуселт е свързано с коефициента на топлопреминаване (h) чрез уравнението:
Nu = hL/k
където L е характерна дължина (за плочи може да бъде хидравличният диаметър на канала на потока), а k е топлопроводимостта на флуида.
След като изчислите числото на Нуселт, можете да определите коефициента на топлопреминаване (h).
Числото на Рейнолдс
Числото на Рейнолдс (Re) е безразмерно число, което помага да се определи режимът на потока (ламинарен или турбулентен). Изчислява се като:
Re = ρvL/m
където ρ е плътността на течността, v е скоростта на течността, L е характеристичната дължина и μ е динамичният вискозитет на течността.
Номер на Прандтл
Числото на Прандтл (Pr) е друго безразмерно число, което свързва коефициента на дифузия на импулса с коефициента на топлинна дифузия на течността. Изчислява се като:
Pr = μCp/k
където Cp е специфичната топлина на течността при постоянно налягане.
Изчисляване на общия коефициент на топлопреминаване
След като имаме отделните коефициенти на топлопреминаване за горещите и студените флуиди (h₁ и h₂), можем да изчислим общия коефициент на топлопреминаване (U). Общият коефициент на топлопреминаване отчита съпротивленията на топлопреминаване от двете страни на плочите, както и съпротивлението на самите плочи.
Формулата за общия коефициент на топлопреминаване е:
1/U = 1/h₁ + δ/kₚ + 1/h₂
където δ е дебелината на плочата и kₚ е топлопроводимостта на материала на плочата.
Практически съображения
Когато изчислявате коефициентите на топлопреминаване в реални приложения, трябва да имате предвид няколко неща.
Обрастване
Обрастването е натрупване на отлагания върху плочите на топлообменника с течение на времето. Тези отлагания могат да действат като допълнителна устойчивост на топлопреминаване, намалявайки коефициентите на топлопреминаване. Важно е да вземете предвид замърсяването във вашите изчисления, като включите фактор на замърсяване.
Плоча - тип рамка срещу плоча - тип обвивка
Ако обмисляте различни видове топлообменници, може да искате да проверитеПлоча - Тип рамкаиПлоча - Тип раковинаопции. Всеки тип има своите предимства и недостатъци, когато става въпрос за топлопренос.
Заключение
Изчисляването на коефициентите на топлопреминаване на пластинчатите топлообменници е сложен, но важен процес. Като разберете факторите, които влияят на коефициентите и използвате правилните уравнения и корелации, можете да оптимизирате работата на вашия топлообменник.
Ако търсите висококачествен топлообменник тип пластина-черупка или се нуждаете от повече информация относно изчисленията на топлопреминаването, не се колебайте да се свържете с нас. Ние сме тук, за да ви помогнем да направите най-добрия избор за вашето приложение. Независимо дали работите в химическата промишленост, производството на електроенергия или друга област, която изисква ефективен пренос на топлина, нашите топлообменници от тип пластина могат да отговорят на вашите нужди. Свържете се с нас, за да започнем дискусия за поръчка и да разберем как можем да работим заедно, за да ви предложим най-доброто решение за топлообменник.
Референции
- Incropera, FP, & DeWitt, DP (2002). Основи на топло- и масообмена. Джон Уайли и синове.
- Kakac, S., & Liu, H. (2002). Топлообменници: избор, оценка и термичен дизайн. CRC Press.