اختبار كفاءة نقل الحرارة لمبادل حراري ذو أنبوب زعانف

Testing the Heat Transfer Efficiency of a Finned-tube Heat Exchanger

JoVE Science Education
Chemical Engineering

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Science Education Chemical Engineering

Testing the Heat Transfer Efficiency of a Finned-tube Heat Exchanger

4.13: Kinetics of Addition Polymerization to Polydimethylsiloxane

18,029 Views

•

08:35 min

•

April 11, 2017

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Overview

المصدر: مايكل جي بينتون وكيري إم دولي ، قسم الهندسة الكيميائية ، جامعة ولاية لويزيانا ، باتون روج ، لوس أنجلوس

تنقل المبادلات الحرارية الحرارة من سائل إلى سائل آخر. توجد فئات متعددة من المبادلات الحرارية لتلبية الاحتياجات المختلفة. بعض الأنواع الأكثر شيوعا هي مبادلات الصدف والأنابيب ومبادلات الألواح ¹. تستخدم المبادلات الحرارية للصدف والأنبوب نظاما من الأنابيب يتدفق من خلالها السائل ¹. تحتوي مجموعة واحدة من الأنابيب على السائل المراد تبريده أو تسخينه ، بينما تحتوي المجموعة الثانية على السائل الذي يمتص الحرارة أو ينقلها ¹. تستخدم المبادلات الحرارية للوحة مفهوما مشابها ، حيث يتم ربط الألواح معا بشكل وثيق مع وجود فجوة صغيرة بين كل منها لتدفق السائل ¹. يتناوب السائل المتدفق بين الصفائح بين الساخن والبارد بحيث تنتقل الحرارة داخل أو خارج التيارات الضرورية ¹. تحتوي هذه المبادلات على مساحات سطحية كبيرة ، لذا فهي عادة ما تكون أكثر كفاءة ¹.

الهدف من هذه التجربة هو اختبار كفاءة نقل الحرارة لمبادل حراري ذو أنبوب ذو زعانف (الشكل 1) ومقارنتها بالكفاءة النظرية لمبادل حراري بدون زعانف. سيتم قياس البيانات التجريبية لثلاثة معدلات تدفق مختلفة من أحادي إيثيلين جلايكول (MEG). سيتم استخدام معدلين مختلفين لتدفق المياه لكل معدل تدفق MEG. باستخدام طريقة مخطط ويلسون ، سيتم تحديد معاملات نقل الحرارة من البيانات التجريبية. بالإضافة إلى ذلك ، ستتم مقارنة رقم رينولد وكمية الحرارة المنقولة للتدفق مع الزعانف وبدونها لتقييم كفاءة نقل الحرارة.

الشكل 1: مبادل حراري ذو أنبوب زعانف. 1) درجة حرارة مخرج MEG 2) درجة حرارة مدخل المياه 3) درجة حرارة مدخل MEG 4) درجة حرارة مخرج المياه 5) عداد المياه 6) زجاج / اسطوانة رؤية تراكم MEG.

Principles

تنقل المبادلات الحرارية الحرارة بين سائلين أو أكثر. يستخدم المبادلات أنواعا سائلة تتدفق في مساحة منفصلة عن تيار معاكس يوفر الحرارة. يمكن إضافة الزعانف إلى منطقة التدفق لتسهيل المزيد من نقل الحرارة ، لأنها تزيد من مساحة السطح المتاحة للنقل. تقلل الزعانف المضافة من المساحة التي تتدفق من خلالها الأنواع وتوفر المزيد من الأسطح التي يمكن أن تتشكل عليها الطبقات الحدودية ، مما يؤدي إلى تدفق أقل اضطرابا. كلما كان التدفق أقل اضطرابا ، زادت الطبقة الحدودية التي سيحتوي عليها. تمنع الطبقة الحدودية نقل الحرارة ، لذلك مع تدفق أقل اضطرابا يتم نقل حرارة أقل. عندما تكون الطبقة الحدودية رقائقية ، يكون هناك القليل جدا من الاختلاط.

تستخدم العلاقة بين المنطقة التي يمكن أن تتدفق من خلالها الحرارة ومعامل نقل الحرارة في حساب إجمالي الحرارة المنقولة. يتم حساب هذه العلاقة من خلال المعادلة 1:

(1)

حيث يتم نقل Q للحرارة (Btu / hr) ، U هو معامل نقل الحرارة الكلي ، A هي المنطقة التي يتم من خلالها نقل الحرارة (ft²) ، ΔT_LM هو فرق درجة الحرارة المتوسطة اللوغاريتمي.

معادلة معامل نقل الحرارة الكلية هي:

(2)

حيث A_b هي مساحة سطح الأنبوب الداخلي العارية ، A_f هي مساحة سطح الزعانف ، A_LM هي فرق المساحة المتوسطة اللوغاريتمية ، A هي مساحة سطح الأنبوب (o = الخارج ، i = الداخل) ، Δx سمك الأنبوب ، k هي الموصلية الحرارية للأنبوب ، h = معامل نقل الحرارة الفردي. (o = خارج ، أنا = داخل)

تستخدم طريقة مخطط ويلسون البيانات التجريبية للعثور على U_oA_{o من} توازن الطاقة النموذجي على تدفق MEG ورسم مقلوبها إلى 1 / Re^0.8 من الأنبوب الداخلي. من خلال تركيب خط مستقيم وإيجاد تقاطع y ، والذي يرتبط بمعامل انتقال الحرارة ويوصف في المصطلحين الأولين على يمين المعادلة أعلاه. يتم استخدام معادلة كفاءة زعنفة التشكيل الجانبي المستطيلة الطولية النموذجية كمعادلة ثانية لحل معامل نقل الحرارة وكفاءة الزعنفة عن طريق تقليل مجموع مربعات دالة موضوعية. يتم تطبيق هذه الطريقة على ظروف تدفق MEG بمعدلات تدفق مياه متفاوتة.

لحساب معامل نقل الحرارة ، يتم استخدام رقم رينولدز ، والذي يتم إعطاؤه بواسطة المعادلة التالية:

(3)

حيث G هي السرعة الكتلية لتدفق السوائل ، D هو قطر الأنبوب حيث يتدفق السائل (D_eq ، سيحل القطر المكافئ محل D للحسابات ذات الزعانف) ، و μ هو لزوجة السائل. معادلة كفاءة الزعنفة لزعنفة التشكيل الجانبي المستطيلة الطولية هي:

(4)

حيث m هو √ (2h / kt) ، h هو معامل نقل الحرارة ، k هو الموصلية الحرارية للأنبوب ، t هو سمك الزعنفة ، و b هو ارتفاع الزعنفة.

Procedure

1. تحديد معدل البدء والتدفق

افتح صمام الشحن الموجود أسفل مولد البخار.
ابدأ تشغيل الوحدة ، واترك 15 دقيقة حتى يبدأ البخار في التكون.
احسب معدل تدفق المياه
1. ابدأ ساعة توقيت وراقب المقياس الذي يعرض حجم الماء.
2. أوقف الساعة بعد 30 ثانية وسجل الحجم الإجمالي للمياه المعروض على المقياس.
3. اقسم حجم الماء على الوقت لتحديد معدل التدفق الحجمي.
سجل معدل تدفق MEG من مقياس التدفق.
راقب درجة الحرارة من المزدوجات الحرارية ، وسجل القيم.

2. تغيير معدل التدفق وإيقاف التشغيل

لجمع البيانات ل 6 أشواط مختلفة ، اضبط معدل تدفق المياه على معدل تدفق مرتفع أو منخفض وقم بتشغيله بمعدل تدفق مرتفع أو متوسط أو منخفض من MEG.
1. كمرجع ، تم استخدام معدلات التدفق السابقة: 0.0439 و 0.0881 و 0.1323 جالون / ثانية لمعدلات التدفق المنخفضة والمتوسطة والعالية ل MEG ، على التوالي.
كما كان سابقا ، سجل معدلات التدفق الحجمي وفرق درجة الحرارة على المزدوجة الحرارية لكل تشغيل.
عند الانتهاء ، أغلق الجهاز.
1. أغلق الصمامات لإيقاف تدفق البخار وأحادي إيثيلين جلايكول والماء.
2. قم بإيقاف تشغيل المفتاح الرئيسي.

3. الحسابات

استخدم المعادلة 1 لحساب إجمالي الحرارة المنقولة ، Q ، مع قراءة فرق درجة الحرارة من المزدوجات الحرارية (الأجهزة المستخدمة لقياس درجة الحرارة) والأبعاد الفيزيائية المعروفة للمبادل الحراري (الموجود في دليل المستخدم للوحدة التي يتم تشغيلها). يمكن أخذ الاختلافات في درجات الحرارة من قراءات درجة الحرارة لكل شوط.
احسب الحرارة المنقولة لكل تشغيل تجريبي فريد ، واستخدم طريقة مخطط ويلسون للعثور على معاملات نقل الحرارة لمعدلات تدفق MEG الثلاثة.
قارن الحرارة المحسوبة المنقولة ورقم رينولدز بالقيم النظرية للمبادل الحراري بدون زعانف.

تنقل المبادلات الحرارية الحرارة بين نوعين وتستخدم في مجموعة متنوعة من التطبيقات من مشعات السيارات إلى المصانع الكيماوية واسعة النطاق. هناك العديد من تصميمات المبادلات الحرارية بما في ذلك مبادلات الغلاف والأنبوب والمبادلات الأنبوبية ذات الزعانف. بالنسبة لهؤلاء ، يتم استخدام مجموعة من الأنابيب والزعانف لنقل الحرارة من السائل الساخن إلى السائل البارد. يعد فهم كفاءة نقل الحرارة أمرا مهما لتحسين تصميم المبادل الحراري ودمجها في الأنظمة الأكبر. سيوضح هذا الفيديو مبادئ المبادلات الحرارية ، ويوضح كيفية حساب معامل نقل الحرارة وكفاءته للمبادل الحراري الأنبوبي ذو الزعانف ومناقشة التطبيقات ذات الصلة.

الآن ، دعونا نلقي نظرة على كيفية عمل المبادلات الحرارية ونفحص المبادئ التي تحكم كفاءتها. يتم إنشاء نقل الحرارة في المبادل الحراري بواسطة أنواع السوائل التي تتلامس الوثيق والتي يفصلها حاجز مادي. يمكن أن تتدفق إما بالتوازي أو العكسي لبعضها البعض حاليا. التبادل الحراري مدفوع باختلافات درجات الحرارة المحلية بين السوائل. سيخرج السائل الأكثر سخونة الذي يدخل المبادل الحراري بدرجة حرارة منخفضة بينما سيخرج البرد مع زيادة درجة الحرارة. يمكن زيادة كفاءة نقل الحرارة عن طريق إضافة الزعانف إلى منطقة التدفق مما يزيد من مساحة السطح المتاحة لنقل الحرارة. ومع ذلك ، فإن الزعانف المضافة تقلل أيضا من المنطقة التي يتدفق من خلالها السائل ، مما يوفر المزيد من الأسطح لتشكيل الطبقات الحدودية. الطبقة الحدودية هي الطبقة الرقيقة من السائل الملامسة للسطح والتي تتأثر بقوى القص. عندما تكون الطبقة الحدودية رقائقية ، يكون هناك القليل جدا من الخلط ويتم تثبيط نقل الحرارة. عند معدلات التدفق الأعلى ، أو المسافات الأطول ، ينهار التدفق الرقائقي وينتقل إلى تدفق مضطرب حيث يختلط السائل السائب بشكل أكثر فعالية. أثناء التشغيل في الحالة المستقرة ، يمكن حساب إجمالي الحرارة المنقولة ، Q ، باستخدام معامل نقل الحرارة الكلي U ، المنطقة التي تتدفق من خلالها الحرارة ، A و delta TLM ، متوسط فرق درجة الحرارة اللوغاريتمي بين تدفق السائل السائب وسطح الحرارة. UA هو الموصلية الكلية وهو مقياس لقدرة نقل الحرارة للمبادل الحراري. يتم تحديد معامل نقل الحرارة الكلي من خلال هذه المعادلة التي تأخذ في الاعتبار المساحات السطحية للأنبوب والزعانف ومعاملات نقل الحرارة والتوصيل الحراري وسمك الأنبوب. يتم تقدير معامل نقل الحرارة من البيانات التجريبية باستخدام طرق رسومية مثل مخطط ويلسون الذي يرسم مقلوب الموصلية الكلية مقابل واحد فوق رينولدز مرفوعا إلى قوة ثمانية أعشار. يستخدم الانحدار الخطي لحل معاملات نقل الحرارة. رقم رينولد عديم الأبعاد هو حصة قوى القصور الذاتي للقوى اللزجة ويستخدم لوصف نمط التدفق. حيث D هو القطر المكافئ للأنبوب ، G هي سرعة كتلة السائل و Mu هي لزوجة السائل. يشير رقم رينولد الأعلى إلى تدفق أكثر اضطرابا وخلط أكبر للسوائل وزيادة نقل الحرارة. الآن بعد أن فهمت كيفية حساب معاملات نقل الحرارة وأرقام رينولد ، دعنا نقيم كفاءة نقل الحرارة للمبادل الحراري الأنبوبي ذو الزعانف عن طريق تغيير معدلات تدفق الماء و monoetilenglicol.

قبل أن تبدأ ، تعرف على جهاز المبادل الحراري الأنبوبي ذو الزعانف. افتح صمام الشحن ، وابدأ تشغيل الوحدة وانتظر حتى يبدأ البخار في التكون. باستخدام ساعة الإيقاف والمقياس ، حدد معدل تدفق المياه. ابدأ ساعة الإيقاف وراقب المقياس الذي يعرض حجم الماء. أوقف ساعة الإيقاف بعد 30 ثانية. سجل الحجم الكلي للماء على المقياس واقسم الحجم على الوقت المقاس. بعد ذلك ، اقرأ معدل تدفق MEG على الشاشة. عند مرور 30 ثانية لحساب معدل التدفق ، سجل درجة الحرارة من المزدوجات الحرارية.

الآن ، قم بتغيير معدلات التدفق للحصول على البيانات لستة عمليات تشغيل فريدة. يتكون كل تشغيل من معدل تدفق محدد للمياه و MEG. اضبط معدل تدفق المياه على مرتفع أو منخفض وقم بتشغيله بمعدل تدفق مرتفع أو متوسط أو منخفض من MEG ليصبح المجموع ستة أشواط. كرر نفس الإجراء أعلاه لكل معدل تدفق لتسجيل معدلات التدفق الحجمي للمياه و MEG وفرق درجة الحرارة من المزدوجة الحرارية. عند الانتهاء ، أغلق الجهاز. أغلق الصمامات لتدفق البخار والجليكول والماء. ثم قم بإيقاف تشغيل المفتاح الرئيسي.

لحساب إجمالي الحرارة المنقولة ، Q ، لكل تشغيل ، استخدم الاختلافات في درجات الحرارة التي تم الحصول عليها من كل تجربة والمعلمات الفيزيائية ل monoetilenglicol. ثم حدد رقم رينولد لكل شوط فريد باستخدام أبعاد الأنبوب وسرعة الكتلة ولزوجة الماء.

والآن دعونا نقارن النتائج بالقيم النظرية للمبادل الحراري بدون زعانف. تم استخدام مخطط ويلسون لتحديد معاملات نقل الحرارة عن طريق رسم واحد على UA ، مقابل واحد فوق رقم رينولد المرتفع إلى قوة ثمانية أعشار وربط الملاءمة الخطية لمعادلة معامل نقل الحرارة الكلي. تشير الخطوط الزرقاء والحمراء والخضراء إلى معدلات تدفق monoetilenglicol العالية والمتوسطة والمنخفضة في التجربة. عند مقارنتها بالأنبوب غير ذو الزعانف ، لم يصل الأنبوب ذو الزعانف إلى التدفق المضطرب. توفر الزعانف أسطحا إضافية للطبقات الحدودية لتشكيل والحفاظ على أحادي الإيثيلين جلايكول في نظام تدفق أكثر رقائقية. ومع ذلك ، عند مقارنة الحرارة المنقولة بين المبادل مع وبدون زعانف بمعدلات تدفق MEG مختلفة ، من الواضح أن الأنبوب ذو الزعانف ينقل حرارة أكثر من الأنبوب بدون زعانف في نفس إعدادات التشغيل. يكون نقل الحرارة أكثر فاعلية مع مساحة سطح أكبر ، على الرغم من حقيقة أن الأنابيب ذات الزعانف تحفز التدفق الرقائقي ، إلا أن كفاءتها الحرارية كانت أعلى بكثير من الأنبوب غير ذو الزعانف.

تستخدم المبادلات الحرارية في مجموعة متنوعة من الإعدادات لنقل الحرارة من نوع إلى آخر. في جميع المباني ، تعد المبادلات الحرارية جزءا من أنظمة التدفئة وتكييف الهواء لتنظيم درجة الحرارة. كما أنها تستخدم للتحكم في درجة حرارة المريض الأساسية في أماكن الرعاية الحرجة ، مثل بعد السكتة القلبية أو الحمى العصبية أو الجراحة. تستخدم المبادلات الحرارية أيضا على نطاق صغير في تشويه الطبيعة والترسيب الحراري للبروتينات من المستخلصات النباتية. استخدمت هذه التقنية في استخراج لقاح مرشح للملاريا من نباتات التبغ المعدلة وراثيا لتقليل تركيز بروتينات الخلية المضيفة.

لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE للمبادلات الحرارية الأنبوبية ذات الزعانف. يجب أن تفهم الآن مبادئ نقل الحرارة ، وأن تكون قادرا على تقييم كفاءة الحرارة ومعرفة العديد من تطبيقات المبادلات الحرارية في العمليات المختلفة. شكرا للمشاهدة.

Results

لم يصل المبادل الحراري للأنبوب ذو الزعانف إلى التدفق المضطرب ( الشكل 2 ). توفر الزعانف أسطحا إضافية تتشكل عليها الطبقات الحدودية ، كما هو معروف من خلال نظرية التدفق الرقائقي والمضطرب. إذا لم يكن السائل بسرعة كافية ، فلن يصل السائل إلى الاضطراب. تتداخل الطبقات الحدودية بين الزعانف في المنطقة الصفيحية ، لذلك سيبقى السائل رقائقي.

الشكل 2 : أرقام رينولدز لكل إعداد.

تمت مقارنة كمية الحرارة المنقولة ، Q ، في الأنابيب مع وبدون زعانف بمعدلات تدفق مختلفة من MEG ( الشكل 3 ). تظهر النتائج أن الأنبوب ذو الزعانف ينقل حرارة أكثر من الأنبوب بدون زعانف في نفس ظروف التشغيل. في هذه التجربة ، حسنت الزعانف بوضوح نقل الحرارة. وذلك لأن نقل الحرارة يكون أكثر فاعلية عندما تكون هناك مساحة سطح أكبر متاحة. نقل المبادل الحراري ذو الأنبوب ذو الزعانف مزيدا من الحرارة ( الشكل 3 ) ، على الرغم من انخفاض رقم رينولدز ( الشكل 2 ).

الشكل 3 : الحرارة المنقولة بين المبادلات مع وبدون زعانف عند كل معدل تدفق.

Applications and Summary

Heat exchangers are used in a variety of industries, including agriculture, chemical production, and HVAC. The goal for this experiment was to test the heat transfer efficiency of a finned-tube heat exchanger and compare it to the theoretical efficiency of a heat exchanger without fins. Experimental data was measured for three different flow rates of monoethylene glycol (MEG) and two unique water flow rates for each MEG flow rate used. The Reynold’s number was determined for flow with and without the fins and was used to calculate the heat transfer coefficient, surface area, and fin efficiency for each unique trial run. This data was used to evaluate if turbulent flow is possible without the fins and under which set of trial conditions the most heat transfer occurs. The finned tubes did not reach turbulent flow. The results showed that a fin tube will transfer more heat than a tube without fins at the same operating conditions because the flow of MEG through the heat exchanger will not reach turbulence.

In the agriculture industry, heat exchangers are used in the processing of sugar and ethanol². Both of these products are processed into a juice, which must be heated to be further processed². Heat exchangers are used in heating the juices for clarification². Once the juices have been processed into even syrups, further heating with exchangers is necessary to continue processing and form molasses². Molasses is cooled using heat exchangers, after which it can be stored for later processing².

Heating, ventilation, and air conditioning systems, together known as HVAC, all make use of heat exchangers³. Household air conditioning and heating units make use of heat exchangers³. In larger settings, chemical plants, hospitals, and transportation centers all make use of similar heat exchanger HVAC, on a much larger scale³. In the chemical industry, heat exchangers are used for heating and cooling a large variety of processes⁴. Fermentation, distillation, and fragmentation all make use of heat exchangers⁴. Even more processes like rectification and purification require heat exchangers⁴.

Transcript

تنقل المبادلات الحرارية الحرارة بين نوعين وتستخدم في مجموعة متنوعة من التطبيقات من مشعات السيارات إلى المصانع الكيماوية واسعة النطاق. هناك العديد من تصميمات المبادلات الحرارية بما في ذلك مبادلات الغلاف والأنبوب والمبادلات الأنبوبية ذات الزعانف. بالنسبة لهؤلاء ، يتم استخدام مجموعة من الأنابيب والزعانف لنقل الحرارة من السائل الساخن إلى السائل البارد. يعد فهم كفاءة نقل الحرارة أمرا مهما لتحسين تصميم المبادل الحراري ودمجها في الأنظمة الأكبر. سيوضح هذا الفيديو مبادئ المبادلات الحرارية ، ويوضح كيفية حساب معامل نقل الحرارة وكفاءته للمبادل الحراري الأنبوبي ذو الزعانف ومناقشة التطبيقات ذات الصلة.

الآن ، دعونا نلقي نظرة على كيفية عمل المبادلات الحرارية ونفحص المبادئ التي تحكم كفاءتها. يتم إنشاء نقل الحرارة في المبادل الحراري بواسطة أنواع السوائل التي تتلامس الوثيق والتي يفصلها حاجز مادي. يمكن أن تتدفق إما بالتوازي أو العكسي لبعضها البعض حاليا. التبادل الحراري مدفوع باختلافات درجات الحرارة المحلية بين السوائل. سيخرج السائل الأكثر سخونة الذي يدخل المبادل الحراري بدرجة حرارة منخفضة بينما سيخرج البرد مع زيادة درجة الحرارة. يمكن زيادة كفاءة نقل الحرارة عن طريق إضافة الزعانف إلى منطقة التدفق مما يزيد من مساحة السطح المتاحة لنقل الحرارة. ومع ذلك ، فإن الزعانف المضافة تقلل أيضا من المنطقة التي يتدفق من خلالها السائل ، مما يوفر المزيد من الأسطح لتشكيل الطبقات الحدودية. الطبقة الحدودية هي الطبقة الرقيقة من السائل الملامسة للسطح والتي تتأثر بقوى القص. عندما تكون الطبقة الحدودية رقائقية ، يكون هناك القليل جدا من الخلط ويتم تثبيط نقل الحرارة. عند معدلات التدفق الأعلى ، أو المسافات الأطول ، ينهار التدفق الرقائقي وينتقل إلى تدفق مضطرب حيث يختلط السائل السائب بشكل أكثر فعالية. أثناء التشغيل في الحالة المستقرة ، يمكن حساب إجمالي الحرارة المنقولة ، Q ، باستخدام معامل نقل الحرارة الكلي U ، المنطقة التي تتدفق من خلالها الحرارة ، A و delta TLM ، متوسط فرق درجة الحرارة اللوغاريتمي بين تدفق السائل السائب وسطح الحرارة. UA هو الموصلية الكلية وهو مقياس لقدرة نقل الحرارة للمبادل الحراري. يتم تحديد معامل نقل الحرارة الكلي من خلال هذه المعادلة التي تأخذ في الاعتبار المساحات السطحية للأنبوب والزعانف ومعاملات نقل الحرارة والتوصيل الحراري وسمك الأنبوب. يتم تقدير معامل نقل الحرارة من البيانات التجريبية باستخدام طرق رسومية مثل مخطط ويلسون الذي يرسم مقلوب الموصلية الكلية مقابل واحد فوق رينولدز مرفوعا إلى قوة ثمانية أعشار. يستخدم الانحدار الخطي لحل معاملات نقل الحرارة. رقم رينولد عديم الأبعاد هو حصة قوى القصور الذاتي للقوى اللزجة ويستخدم لوصف نمط التدفق. حيث D هو القطر المكافئ للأنبوب ، G هي سرعة كتلة السائل و Mu هي لزوجة السائل. يشير رقم رينولد الأعلى إلى تدفق أكثر اضطرابا وخلط أكبر للسوائل وزيادة نقل الحرارة. الآن بعد أن فهمت كيفية حساب معاملات نقل الحرارة وأرقام رينولد ، دعنا نقيم كفاءة نقل الحرارة للمبادل الحراري الأنبوبي ذو الزعانف عن طريق تغيير معدلات تدفق الماء و monoetilenglicol.

قبل أن تبدأ ، تعرف على جهاز المبادل الحراري الأنبوبي ذو الزعانف. افتح صمام الشحن ، وابدأ تشغيل الوحدة وانتظر حتى يبدأ البخار في التكون. باستخدام ساعة الإيقاف والمقياس ، حدد معدل تدفق المياه. ابدأ ساعة الإيقاف وراقب المقياس الذي يعرض حجم الماء. أوقف ساعة الإيقاف بعد 30 ثانية. سجل الحجم الكلي للماء على المقياس واقسم الحجم على الوقت المقاس. بعد ذلك ، اقرأ معدل تدفق MEG على الشاشة. عند مرور 30 ثانية لحساب معدل التدفق ، سجل درجة الحرارة من المزدوجات الحرارية.

الآن ، قم بتغيير معدلات التدفق للحصول على البيانات لستة عمليات تشغيل فريدة. يتكون كل تشغيل من معدل تدفق محدد للمياه و MEG. اضبط معدل تدفق المياه على مرتفع أو منخفض وقم بتشغيله بمعدل تدفق مرتفع أو متوسط أو منخفض من MEG ليصبح المجموع ستة أشواط. كرر نفس الإجراء أعلاه لكل معدل تدفق لتسجيل معدلات التدفق الحجمي للمياه و MEG وفرق درجة الحرارة من المزدوجة الحرارية. عند الانتهاء ، أغلق الجهاز. أغلق الصمامات لتدفق البخار والجليكول والماء. ثم قم بإيقاف تشغيل المفتاح الرئيسي.

لحساب إجمالي الحرارة المنقولة ، Q ، لكل تشغيل ، استخدم الاختلافات في درجات الحرارة التي تم الحصول عليها من كل تجربة والمعلمات الفيزيائية ل monoetilenglicol. ثم حدد رقم رينولد لكل شوط فريد باستخدام أبعاد الأنبوب وسرعة الكتلة ولزوجة الماء.

والآن دعونا نقارن النتائج بالقيم النظرية للمبادل الحراري بدون زعانف. تم استخدام مخطط ويلسون لتحديد معاملات نقل الحرارة عن طريق رسم واحد على UA ، مقابل واحد فوق رقم رينولد المرتفع إلى قوة ثمانية أعشار وربط الملاءمة الخطية لمعادلة معامل نقل الحرارة الكلي. تشير الخطوط الزرقاء والحمراء والخضراء إلى معدلات تدفق monoetilenglicol العالية والمتوسطة والمنخفضة في التجربة. عند مقارنتها بالأنبوب غير ذو الزعانف ، لم يصل الأنبوب ذو الزعانف إلى التدفق المضطرب. توفر الزعانف أسطحا إضافية للطبقات الحدودية لتشكيل والحفاظ على أحادي الإيثيلين جلايكول في نظام تدفق أكثر رقائقية. ومع ذلك ، عند مقارنة الحرارة المنقولة بين المبادل مع وبدون زعانف بمعدلات تدفق MEG مختلفة ، من الواضح أن الأنبوب ذو الزعانف ينقل حرارة أكثر من الأنبوب بدون زعانف في نفس إعدادات التشغيل. يكون نقل الحرارة أكثر فاعلية مع مساحة سطح أكبر ، على الرغم من حقيقة أن الأنابيب ذات الزعانف تحفز التدفق الرقائقي ، إلا أن كفاءتها الحرارية كانت أعلى بكثير من الأنبوب غير ذو الزعانف.

تستخدم المبادلات الحرارية في مجموعة متنوعة من الإعدادات لنقل الحرارة من نوع إلى آخر. في جميع المباني ، تعد المبادلات الحرارية جزءا من أنظمة التدفئة وتكييف الهواء لتنظيم درجة الحرارة. كما أنها تستخدم للتحكم في درجة حرارة المريض الأساسية في أماكن الرعاية الحرجة ، مثل بعد السكتة القلبية أو الحمى العصبية أو الجراحة. تستخدم المبادلات الحرارية أيضا على نطاق صغير في تشويه الطبيعة والترسيب الحراري للبروتينات من المستخلصات النباتية. استخدمت هذه التقنية في استخراج لقاح مرشح للملاريا من نباتات التبغ المعدلة وراثيا لتقليل تركيز بروتينات الخلية المضيفة.

لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE للمبادلات الحرارية الأنبوبية ذات الزعانف. يجب أن تفهم الآن مبادئ نقل الحرارة ، وأن تكون قادرا على تقييم كفاءة الحرارة ومعرفة العديد من تطبيقات المبادلات الحرارية في العمليات المختلفة. شكرا للمشاهدة.

Tags

نقل الحرارة الكفاءة مبادل حراري ذو الزعانف تصميم مبادل حراري معامل نقل الحرارة التكامل المبادئ أنواع السوائل الحاجز المادي الاختلافات في درجات الحرارة منطقة التدفق مساحة السطح