Bagaimana cara menghitung laju perpindahan panas dari penukar panas jenis sirip?

Hai! Sebagai pemasokPenukar panas tipe sirip, Saya sering ditanya tentang cara menghitung laju perpindahan panas dari perangkat bagus ini. Jadi, saya pikir saya akan memecahnya dengan cara yang mudah dimengerti, bahkan jika Anda bukan jagoan perpindahan panas.

Pertama, mari kita bicara tentang apa itu penukar panas tipe sirip. Ini adalah perangkat yang mentransfer panas antara dua cairan - biasanya cairan dan gas - menggunakan sirip untuk meningkatkan luas permukaan yang tersedia untuk perpindahan panas. Desain ini membuat penukar panas tipe sirip sangat efisien dan banyak digunakan di berbagai industri, dari sistem HVAC hingga proses industri.

Sekarang, mari kita masuk ke seluk -beluk - berpasir menghitung laju perpindahan panas. Ada beberapa faktor utama dan persamaan yang perlu Anda ketahui.

Dasar -dasar perpindahan panas

Perpindahan panas dapat terjadi dalam tiga cara: konduksi, konveksi, dan radiasi. Dalam penukar panas tipe sirip, konduksi dan konveksi adalah pemain utama.

Konduksi adalah transfer panas melalui bahan padat. Dalam penukar panas kami, ini terjadi di dalam sirip dan tabung. Tingkat konduksi diatur oleh hukum Fourier, yang menyatakan bahwa laju perpindahan panas (q) melalui padatan sebanding dengan perbedaan suhu di seluruh material, area salib - bagian (a) melalui mana panas mengalir, dan konduktivitas termal (k) material, dan berbanding terbalik dengan ketebalan (l) material. Persamaannya adalah (q = - ka \ frac {dt} {dx}), di mana (\ frac {dt} {dx}) adalah gradien suhu.

Konveksi, di sisi lain, adalah transfer panas antara permukaan padat dan cairan. Ini dapat berupa konveksi paksa (ketika fluida digerakkan oleh gaya eksternal seperti kipas atau pompa) atau konveksi alami (ketika fluida bergerak karena perbedaan kepadatan yang disebabkan oleh variasi suhu). Laju perpindahan panas karena konveksi diberikan oleh hukum pendinginan Newton: (q = ha \ delta t), di mana (h) adalah koefisien perpindahan panas konvektif, (a) adalah luas permukaan, dan (\ delta t) adalah perbedaan suhu antara permukaan padat dan fluida.

Menghitung laju perpindahan panas dalam penukar panas jenis sirip

Untuk menghitung laju perpindahan panas secara keseluruhan dalam penukar panas jenis sirip, kami biasanya menggunakan konsep koefisien perpindahan panas keseluruhan (U). Koefisien perpindahan panas secara keseluruhan memperhitungkan resistensi terhadap perpindahan panas pada sisi panas dan dingin dari penukar panas, serta resistensi karena konduksi melalui dinding tabung.

Persamaan untuk laju perpindahan panas dalam penukar panas adalah (q = ua \ delta t_ {lm}), di mana (u) adalah koefisien perpindahan panas keseluruhan, (a) adalah area perpindahan panas total (termasuk sirip), dan (\ delta t_ {lm}) adalah perbedaan suhu log - rata -rata.

1. Menentukan keseluruhan koefisien perpindahan panas (U)

Koefisien transfer panas keseluruhan dapat dihitung menggunakan persamaan berikut: (\ frac {1} {u} = \ frac {1} {h_i}+\ frac {r_fi} {k_i}+\ frac {\ ln (r_o/r_i)} {2 {2 \ pi {\ ln (r_o/r_i) {2 {2 Kl}+\ frac {r_fo} {k_o}+\ frac {1} {h_o}), di mana (h_i) dan (h_o) adalah koefisien perpindahan panas konvektif di bagian dalam dan di luar tabung di dalam dan di luar tabung di dalam dan di luar tabung di dalam dan di luar dan (r_fi) dan (r_fo) adalah resolusi sulukan di dalam masing -masing, r_fi) dan (r_fo) adalah di dalam tabung di dalam dan di luar. Konduktivitas termal cairan di bagian dalam dan di luar tabung, (R_I) dan (R_O) adalah jari -jari bagian dalam dan luar dari tabung, (k) adalah konduktivitas termal dari bahan tabung, dan (L) adalah panjang tabung.

Koefisien perpindahan panas konvektif (H_I) dan (H_O) dapat ditentukan menggunakan korelasi empiris. Misalnya, untuk konveksi paksa di dalam tabung, persamaan dittus - boelter dapat digunakan: (nu = 0,023re^{0,8} pr^n), di mana (nu = \ frac {hd} {k}) adalah angka nusselt, (re = \ frac {\ rho vd} adalah nusselt, (re = \ fRAC {\ rho vd} adalah nusselt, (re = \ fRac {\ rho vd} (Pr = \ frac {\ mu c_p} {k}) adalah angka prandtl, (d) adalah diameter tabung, (\ rho) adalah kepadatan fluida, (v) adalah kecepatan fluida (\ mu) adalah viskositas dinamis dari fluida, c_p) adalah non -na panas dan non -neat, non -naah, non -for, non -for. 0.3) untuk pendinginan.

2. Menghitung total area perpindahan panas (a)

Total area perpindahan panas dari penukar panas jenis sirip termasuk luas tabung dan area sirip. Area tabung dapat dihitung sebagai (a_t = \ pi d_il) untuk area permukaan bagian dalam dan (a_o = \ pi d_ol) untuk area permukaan luar, di mana (d_i) dan (d_o) adalah diameter bagian dalam dan luar tabung dan (l) adalah panjang tabung.

Area sirip dapat dihitung berdasarkan geometri mereka. Misalnya, untuk sirip persegi panjang, area sirip tunggal adalah (A_F = 2L_FW_F+2T_FL_F), di mana (l_f) adalah panjang sirip, (W_F) adalah lebar sirip, dan (t_f) adalah ketebalan sirip. Total area sirip kemudian adalah luas sirip tunggal yang dikalikan dengan jumlah sirip.

3. Menemukan log - perbedaan suhu rata -rata ((\ delta t_ {lm}))

Perbedaan log - rata -rata digunakan untuk menjelaskan fakta bahwa perbedaan suhu antara cairan panas dan dingin berubah sepanjang penukar panas. It is calculated using the formula (\Delta T_{lm}=\frac{\Delta T_1-\Delta T_2}{\ln(\frac{\Delta T_1}{\Delta T_2})}), where (\Delta T_1) and (\Delta T_2) are the temperature differences between the hot and cold fluids at the Dua ujung penukar panas.

Pertimbangan Khusus

Ada beberapa hal lain yang perlu diingat ketika menghitung laju perpindahan panas dari penukar panas tipe sirip.

• Efisiensi sirip: Sirip tidak 100% efisien dalam mentransfer panas. Efisiensi sirip ((\ eta_f)) memperhitungkan fakta bahwa suhu di sepanjang sirip berkurang dari pangkal sirip ke ujung. Efisiensi sirip dapat dihitung menggunakan metode analitik atau numerik tergantung pada geometri sirip. Area sirip yang efektif adalah (a_ {fe} = \ eta_fa_f).
• Fouling: Seiring waktu, endapan dapat menumpuk di permukaan penukar panas, meningkatkan ketahanan terhadap perpindahan panas. Ini disebut fouling. Seperti yang disebutkan sebelumnya, resistensi fouling (R_FI) dan (R_FO) termasuk dalam perhitungan koefisien perpindahan panas secara keseluruhan.

Aplikasi Nyata - Dunia

Penukar panas tipe sirip digunakan dalam berbagai aplikasi. Misalnya,SRL Radiator Industriadalah jenis penukar panas jenis sirip yang biasa digunakan dalam pengaturan industri untuk mendinginkan cairan.Penukar panas dingin udaraadalah contoh lain, yang menggunakan udara sebagai media pendingin.

Dalam aplikasi ini, secara akurat menghitung laju perpindahan panas sangat penting untuk desain dan operasi yang tepat. Misalnya, dalam proses industri, jika laju perpindahan panas salah perhitungan, peralatan mungkin tidak dapat mendinginkan cairan ke suhu yang diinginkan, yang menyebabkan inefisiensi atau bahkan kerusakan pada peralatan proses.

Membungkus dan menjangkau

Menghitung laju perpindahan panas dari penukar panas tipe sirip dapat tampak kompleks, tetapi dengan memahami prinsip -prinsip dasar perpindahan panas dan menggunakan persamaan yang tepat, menjadi dapat dikelola. Sebagai pemasok penukar panas jenis sirip, kami memiliki keahlian dan pengalaman untuk membantu Anda dengan perhitungan ini dan memastikan bahwa Anda mendapatkan penukar panas yang tepat untuk kebutuhan Anda.

Jika Anda berada di pasar untuk penukar panas jenis sirip atau memerlukan informasi lebih lanjut tentang perhitungan perpindahan panas, jangan ragu untuk menjangkau. Kami di sini untuk membantu Anda membuat pilihan terbaik untuk aplikasi Anda. Mari kita mulai percakapan dan lihat bagaimana kita dapat bekerja sama untuk memenuhi persyaratan perpindahan panas Anda.

Referensi

• Incropera, FP, & DeWitt, DP (2002). Dasar -dasar pemindahan panas dan massa. John Wiley & Sons.
• Holman, JP (2002). Perpindahan panas. McGraw - Hill.