Testen die Wärmeübertragung von einem Rippenrohr-Rohr-Wärmetauscher

Chemical Engineering
 

Overview

Quelle: Michael G. Benton und Kerry M. Dooley, Department of Chemical Engineering, Louisiana Landesuniversität, Baton Rouge, LA

Wärmetauscher übertragen die Wärme aus einer Flüssigkeit in eine andere Flüssigkeit. Mehrere Klassen von Wärmetauschern existieren, um verschiedene Bedürfnisse zu erfüllen. Einige der am häufigsten verwendeten Typen sind Schale und Rohr-Wärmetauscher und Platte Wärmetauscher1. Shell und Rohr Wärmetauscher verwenden ein System der Rohre, durch welche Flüssigkeit1fließt. Ein Set von Rohren enthält die Flüssigkeit gekühlt oder beheizt werden, während die zweite Gruppe enthält die Flüssigkeit, die entweder absorbieren Wärme oder1zu übermitteln. Plattenwärmetauscher verwenden ein ähnliches Konzept, in dem Platten zusammen mit eine kleine Lücke zwischen den einzelnen für Liquid Flow1eng verbunden sind. Die Flüssigkeit fließt zwischen den Platten wechselt zwischen heiß und kalt, sodass Wärme in oder aus der notwendigen Ströme1verschoben werden. Diese Wärmetauscher haben große Flächen, so sind sie in der Regel effizienter1.

Für dieses Experiment soll die Wärmeübertragung von einem Rippenrohr-Rohr-Wärmetauscher (Abbildung 1) testen und vergleichen Sie es mit der theoretische Wirkungsgrad eines Wärmetauschers ohne Flossen. Die experimentellen Daten werden für drei verschiedene Durchflussmengen von Glykol Monoethylenglykol (MEG) gemessen werden. Zwei verschiedene Wasser Durchflussmengen für jedes MEG Durchflussmenge werden verwendet. Mit der Wilson-Plot-Methode werden die Wärmedurchgangskoeffizienten aus den experimentellen Daten ermittelt werden. Darüber hinaus werden die Reynold-Zahl und die Menge von Hitze übertragen für Flow mit und ohne Flossen auszuwertende Wärmeübertragung verglichen.

Figure 1
Abbildung 1: Rippenrohr Rohrwärmetauschers. (1) MEG Temperatur (2) Wasser Einlass Auslauftemperatur (3) MEG Eintrittstemperatur 4) Wasser Steckdose Temperatur (5) Wasserzähler (6) MEG Ansammlung Anblick Glaszylinder.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Chemische Verfahrenstechnik. Testen die Wärmeübertragung von einem Rippenrohr-Rohr-Wärmetauscher. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

Wärmetauscher übertragen die Wärme zwischen zwei oder mehr Flüssigkeit. Die Wärmetauscher verwenden flüssigere Arten die Strömung in einem separaten Raum von einem gegnerischen Stream, der Wärme bereitstellt. Flossen können hinzugefügt werden, um der Strömungsquerschnitt mehr Wärmeübertragung zu erleichtern, da sie die Fläche zur Übertragung zu erhöhen. Die zusätzlichen flossen verringern das Gebiet durch das Gattung fließt und bieten mehr Flächen, auf denen Grenzschichten bilden können, was zu fließen, die weniger turbulent ist. Weniger turbulent ein Fluss, der größere Grenzschicht wird es haben. Eine Grenzschicht hemmt Wärmeübertragung, also mit weniger turbulente Strömung weniger Wärme übertragen wird. Wenn der Grenzschicht laminar ist, gibt es sehr wenig mischen.

Die Beziehung zwischen dem Bereich durch die Hitze kann fließen und der Wärmeübergangskoeffizient wird verwendet bei der Berechnung der gesamten Wärme übertragen. Diese Beziehung wird durch Gleichung 1 berechnet:

Equation 1(1)

wo Q Wärme übertragen (Btu/h), U ist insgesamt Wärmeübergangskoeffizient, A ist die Fläche durch die Wärme übertragen (ft2), ΔTLM ist die logarithmische mittlere Temperaturdifferenz.

Die gesamte Wärme Übertragung Koeffizient Gleichung lautet:

Equation 2(2)

wo Ab hat eine Fläche von nackten Innenrohr, einf ist die Fläche der Flossen, eineLM unterscheidet sich logarithmisch mittleren Bereich, A ist die Fläche des Rohres (o = draußen, ich = innen), Δx Dicke des Rohres, k ist die Wärmeleitfähigkeit des das Rohr

Die Wilson Plot Methode verwendet experimentelle Daten zu finden UoAo aus typischen Energiebilanz auf der MEG-Flow und Plotten der Kehrwert 1 / Re0,8 des inneren Rohr. Durch Einbau einer geraden Linie und der y-Achsenabschnitt zu finden, das ist im Zusammenhang mit der Wärmeübergangskoeffizient und wird in den ersten beiden Semestern auf der rechten Seite der obigen Gleichung beschrieben. Eine typische rechteckige Längsprofil Fin Effizienz Gleichung dient als die zweite Gleichung, um für die Wärmeübertragung-Koeffizient und Fin durch Minimierung der Summe der Quadrate der eine Zielfunktion zu lösen. Diese Methode gilt für MEG Strömungsverhältnisse mit unterschiedlichem Wasser Durchflussmengen.

Zur Berechnung der Wärmeübergangskoeffizient dient die Reynolds-Zahl, die ist durch folgende Gleichung gegeben:

Equation 3(3)

G die Masse Geschwindigkeit der Strömung, D ist der Durchmesser des Rohres, wo die Flüssigkeit fließt (D-Eq, der äquivalente Durchmesser ersetzt D für Berechnungen mit Flossen), und µ ist die Flüssigkeit Viskosität. FIN-Effizienz-Gleichung für eine rechteckige Längsprofil Flosse ist:

Equation 4(4)

wo m ist √(2h/kt) h ist der Wärmeübergangskoeffizient, k ist die Wärmeleitfähigkeit des Rohres, t ist die Dicke der Fin und b ist die Höhe des Fin.

Procedure

1. Starten Sie und fließen Sie Tariffindung

  1. Öffnen Sie das Ladeventil befindet sich unterhalb der Dampfgenerator.
  2. Starten Sie das Gerät und erlauben Sie 15 min für Dampf zu bilden beginnen.
  3. Die Durchflussmenge des Wassers zu berechnen
    1. Eine Stoppuhr starten und das Messgerät zeigt die Menge des Wassers zu überwachen.
    2. Die Stoppuhr nach 30 s und Datensatz das Gesamtvolumen des Wassers auf dem Messgerät angezeigt.
    3. Teilen Sie das Volumen des Wassers durch die Zeit, um den Volumenstrom zu bestimmen.
  4. Aufzeichnung der MEG-Volumenstrom aus den Durchflussmesser.
  5. Beobachten Sie die Temperatur von der Thermoelemente zu, und zeichnen Sie die Werte.

2. Variation der Durchflussmenge und Herunterfahren nach unten

  1. Zur Erhebung von Daten für 6 verschiedenen Läufen einstellen der Durchflussmenge des Wassers entweder eine hohe oder niedrige Flussrate und führen Sie es mit einem High, Medium oder low-Flow-Rate von MEG.
    1. Zum Vergleich: die früheren Durchflussmengen verwendet wurden: 0.0439, 0.0881 und 0,1323 gal/sec für die Low, Medium und High Durchflussraten von MEG, beziehungsweise.
  2. Wie vorher Aufzeichnen der volumetrischen Flussraten und Temperaturdifferenz auf das Thermoelement für jeden Lauf.
  3. Wenn Sie fertig sind, beenden Sie das Instrument.
    1. Schließen Sie die Ventile um die Durchflussmengen von Dampf, Monoethylenglykol Glykol und Wasser zu stoppen.
    2. Schalten Sie den Hauptschalter aus.

3. Berechnungen

  1. Verwenden Sie Gleichung 1 zur Berechnung der gesamten Wärme übertragen, Q, mit dem Temperaturunterschied lesen Sie von der Thermoelemente (Geräte zur Messung der Temperatur) und die bekannten Abmessungen des Wärmetauschers (gefunden in der Bedienungsanleitung für das Gerät betrieben wird ). Die Temperaturunterschiede können die Temperaturwerte des Fahrbetriebs entnommen werden.
  2. Berechnung der Wärme für jeden einzigartigen Probelauf, und verwenden Sie die Wilson Plot Methode der Wärmedurchgangskoeffizienten für die drei MEG Durchflussmengen zu finden.
  3. Vergleichen Sie die berechnete Wärme übertragen und Reynolds-Zahl auf theoretische Werte des Wärmetauschers ohne Flossen.

Wärmetauscher-Transfer zwischen beiden Arten erhitzen und sind für eine Vielzahl von Anwendungen von Autokühler auf chemische Großanlagen verwendet. Es gibt viele Wärmetauscher Entwürfe u.a. Shell und Rohr-Wärmetauscher und Rippenrohr-Wärmetauscher. Für diese ist ein Array von Rohren und Flossen genutzt, um Wärme aus der heißen Flüssigkeit auf die kalte Flüssigkeit übertragen. Und Verständnis für die Wärmeübertragung ist wichtig für Wärmetauscher-Design-Optimierung und deren Integration in größere Systeme. Dieses Video wird die Prinzipien von Wärmetauschern illustrieren, veranschaulichen die Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten und Effizienz für einen Rippenrohr-Wärmetauscher und verwandte Anwendungen zu diskutieren.

Nun, schauen wir wie Wärmetauscher arbeiten und die Grundsätze ihrer Effizienz zu prüfen. Die Wärmeübertragung in einem Wärmetauscher entsteht durch flüssigen Arten in engem Kontakt, die durch eine physikalische Barriere getrennt sind. Sie können entweder Parallel oder derzeit gegen einander fließen. Wärmetauscher, angetrieben durch lokale Temperaturunterschiede zwischen den Flüssigkeiten. Umso heißer von zwei Flüssigkeiten, die Eingabe der Wärmetauscher wird mit einer geringeren Temperatur beendet, während der kälteren, mit einer erhöhten Temperatur beendet wird. Die Wärmeübertragung kann durch die Zugabe von Flossen, der Strömungsquerschnitt erhöht werden, die Oberfläche zur Wärmeübertragung erhöht. Jedoch die zusätzlichen flossen auch eine Verringerung die Region durch die Flüssigkeit Grenzschichten zu bilden mehr Flächen vorsieht fließt,. Eine Grenzschicht ist die dünne Schicht der Flüssigkeit in Kontakt mit der Oberfläche, die durch den Austausch von Kräfte betroffen ist. Wenn der Grenzschicht laminar ist, gibt es sehr wenig mischen und Wärmeübertragung wird gehemmt. Bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten oder längere Strecken die laminare Strömung bricht und Übergänge zu einer turbulenten Strömung, wo die Masse Flüssigkeit effektiver mischt. Im stationären Betrieb kann die gesamte Wärme übertragen, Q, mit insgesamt Wärmedurchgangskoeffizienten U, das Gebiet, durch die die Wärme fließt, berechnet werden A und Delta TLM, die logarithmische mittlere Temperaturdifferenz zwischen der Bulk-Strömung und die Hitze Oberfläche. UA ist die allgemeine Leitfähigkeit und ist ein Maß für die Wärmeübertragungsleistung eines Wärmetauschers. Der gesamte Wärmeübergangskoeffizient richtet sich nach dieser Gleichung, die die Flächen des Rohrs und Flossen, die Wärmedurchgangskoeffizienten und die thermische Leitfähigkeit und Dicke des Rohres berücksichtigt. Der Wärmeübergangskoeffizient wird geschätzt von experimentellen Daten mit grafischen Methoden, wie z. B. die Wilson-Handlung, die den Kehrwert der gesamten Leitwert gegenüber einem über die Reynolds Grundstücke auf die acht Zehntel Kraft angehoben. Linearer Regression wird verwendet, um für den Wärmedurchgangskoeffizienten zu lösen. Die dimensionslose Reynold-Zahl ist das Verhältnis der Trägheitskräfte zu zähflüssig Kräfte und es zur Strömung beschreiben. Wo ist D der äquivalenten Durchmesser des Rohres, G die Masse Geschwindigkeit der Flüssigkeit und Mu die Viskosität der Flüssigkeit ist. Eine höhere Reynold-Zahl zeigt ein turbulenter Strömung, mehr Flüssigkeit mischen und Erhöhung der Wärmeübertragung. Nun, Sie verstehen, wie zur Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten und Reynold es Zahlen, lassen Sie uns die Wärmeübertragung von einem Rippenrohr-Wärmetauscher durch Variation der Durchflussmengen von Wasser und Monoetilenglicol auswerten.

Vor Ihrem Start machen Sie sich vertraut mit dem Rippenrohr-Wärmetauscher-Apparat. Öffnen Sie das Ladeventil, starten Sie das Gerät und warten auf Dampf zu bilden beginnen. Mit einer Stoppuhr und das Messgerät bestimmen Sie die Wasserdurchflussmenge. Starten Sie Ihre Stoppuhr und überwachen Sie das Messgerät zeigt die Menge des Wassers zu. Stoppen Sie die Stoppuhr nach 30 Sekunden. Zeichnen Sie das Gesamtvolumen des Wassers auf die Gage und teilen Sie das Volumen durch die gemessene Zeit. Lesen Sie als nächstes die MEG Durchflussmenge auf dem Display. Wenn die 30 Sekunden für die Berechnung der Strömung bestanden haben, erfassen Sie die Temperatur von der Thermoelemente.

Nun, variieren Sie die Fördermengen um Daten für sechs einzigartige Abfahrten zu erhalten. Jede Ausführung besteht aus einem Set Wasser und MEG Durchfluss. Der Wasserdurchfluss auf entweder hoch oder niedrig festgelegt und führen Sie es mit einer hohen, mittleren oder niedrigen Fließgeschwindigkeit von MEG für insgesamt sechs Läufen. Wiederholen Sie den Vorgang oben für jede Durchflussmenge volumetrische Flussraten von Wasser und MEG und der Temperatur-Unterschied von Thermoelement aufzeichnen. Wenn Sie fertig sind, beenden Sie das Instrument. Schließen Sie die Ventile für Dampf, Glykol und Wasser fließen. Dann schalten Sie den Hauptschalter.

Um die Summe zu berechnen Wärme übertragen, Q, für jeden Lauf nutzen die gewonnenen Temperaturunterschiede von jedem Experiment und die physikalischen Parameter des Monoetilenglicol. Dann bestimmen Sie die Reynold Nummer für jeden einzigartigen Lauf mit den Abmessungen des Rohrs und die Masse Geschwindigkeit und Viskosität des Wassers ist.

Jetzt vergleichen wir die Ergebnisse mit den theoretischen Werten des Wärmetauschers ohne Flossen. Ein Wilson-Grundstück wurde zur Ermittlung des Wärmedurchgangskoeffizienten durch Auftragen einer über UA, im Vergleich zu einer über die Reynold-Zahl potenziert mit acht Zehntel und im Zusammenhang mit der linearen Gleichung für die gesamte Wärmeübertragungskoeffizienten passen. Blau, rote und grüne Linien zeigen die hohen, mittleren und niedrigen Monoetilenglicol Durchflussmengen im Experiment. Im Vergleich zu einem nicht berippte Rohr erreichte das Rippenrohr nicht turbulente Strömung. Die Flossen bieten zusätzliche Flächen für Grenzschichten zu bilden und die Monoetilenglicol in einem mehr Laminar-Flow-System zu erhalten. Beim Vergleich der Hitze zwischen den Wärmetauscher mit und ohne Flossen bei verschiedenen MEG Flussraten übertragen, ist es jedoch klar, dass ein Rippenrohr mehr Wärme als ein Rohr ohne Flossen an die gleichen Einstellungen übertragen. Wärmeübertragung ist effektiver mit einer größeren Fläche, trotz die Tatsache, dass die Rippenrohre Laminar-Flow, ihre Wärme-Effizienz induzieren war viel höher als bei den nicht berippte Rohr.

Wärmetauscher sind in einer Vielzahl von Einstellungen verwendet, um Wärme von einer Spezies zur anderen übertragen. In allen Gebäuden gehören Wärmetauscher der Heizung und Klimaanlage Systeme, Temperatur zu regulieren. Sie werden auch verwendet, um Patienten Kerntemperatur in Intensivmedizin-Einstellungen, wie z. B. nach Herzstillstand, neurogene Fieber oder Operationen zu kontrollieren. Wärmetauscher werden auch auf den kleinen Maßstab in der Denature verwendet und Hitze Fällung von Proteinen aus Pflanzen extrahiert. Diese Technik wurde bei der Extraktion eines Malaria-Impfstoff Kandidaten aus transgenen Tabakpflanzen verwendet, um die Konzentration von Host Cell Proteinen zu reduzieren.

Sie habe nur Jupiters Einführung in Rippenrohr Wärmetauscher beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen die Prinzipien der Wärmeübertragung, werden in der Lage, Wärme Effizienz beurteilen und wissen, mehrere Anwendungen von Wärmetauschern in verschiedenen Prozessen. Danke fürs Zuschauen.

Results

Der Rippenrohr-Wärmetauscher erreichte nicht turbulente Strömung (Abbildung 2). Die Flossen bieten zusätzliche Flächen auf die Grenzschichten bilden, wie durch laminaren und turbulenten Strömung Theorie bekannt. Wenn die Flüssigkeit nicht mit einer ausreichenden Geschwindigkeit ist, wird die Flüssigkeit Turbulenzen nicht erreichen. Den Grenzschichten zwischen den Lamellen überlappen im laminaren Bereich, so dass die Flüssigkeit laminar bleibt.

Figure 2
Abbildung 2 : Reynolds Zahlen für jede Einstellung.

Die Menge der Wärme übertragen, Q, in den Rohren mit und ohne Flossen bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten von MEG war im Vergleich (Abbildung 3). Die Ergebnisse zeigen, dass eine berippte Rohr mehr Wärme als ein Rohr ohne Flossen bei den gleichen Betriebsbedingungen überträgt. In diesem Experiment die Flossen deutlich verbessert Wärmeübertragung. Und zwar deshalb, weil Wärmeübertragung effektiver ist, wenn es eine größere Fläche zur Verfügung steht. Die berippte Rohr-Wärmetauscher übertragen mehr Wärme (Abbildung 3), trotz der niedrigeren Reynolds-Zahl (Abbildung 2).

Figure 3
Abbildung 3 : Wärmeübertragung zwischen Wärmetauscher mit und ohne Flossen bei jeder Durchflussrate.

Applications and Summary

Wärmetauscher sind in einer Vielzahl von Branchen wie Landwirtschaft, chemische Produktion und HVAC eingesetzt. Das Ziel für dieses Experiment war die Wärmeübertragung der Lamellen Rohrwärmetauschers testen und vergleichen Sie es mit der theoretische Wirkungsgrad eines Wärmetauschers ohne Flossen. Experimentelle Daten gemessen wurde für drei verschiedene Durchflussmengen von Glykol Monoethylenglykol (MEG) und zwei einzigartige Wasser Durchflussmengen für jedes MEG Durchfluss verwendet. Die Reynold-Zahl war bestimmt für Flow mit und ohne Flossen und diente zur Berechnung des Wärmeübergangskoeffizienten, Fläche und fin Effizienz für jede einzigartige Probelauf. Diese Daten wurde verwendet, um zu bewerten, wenn turbulente Strömung möglich ohne die Flossen ist und unter welcher Versuchsbedingungen Satz die meisten Wärmeübertragung auftritt. Die Rippenrohre erreichte nicht turbulente Strömung. Die Ergebnisse zeigten, dass ein Flosseschlauch mehr Wärme als ein Rohr ohne Flossen bei den gleichen Betriebsbedingungen übertragen wird, weil die MEG Durchströmung des Wärmetauschers Turbulenzen nicht erreicht wird.

In der Landwirtschaft sind in der Verarbeitung von Zucker und Ethanol2Wärmetauscher eingesetzt. Beide Produkte werden zu einem Saft verarbeitet, die erhitzt werden müssen, weiter verarbeiteten2sein. Wärmetauscher werden in die Säfte für Klärung2Heizung verwendet. Sobald die Säfte in sogar Sirup verarbeitet wurden, ist es notwendig, Verarbeitung und Form Melasse2weiter, weiter mit Wärmetauscher Heizung. Melasse wird mit Wärmetauscher, woraufhin es speicherbar für die spätere Verarbeitung2gekühlt.

Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen, zusammen bekannt als HVAC, machen alle Wärmetauscher3verwenden. Haushalt mit Klimaanlage und Heizung machen Wärmetauscher3verwenden. Verwenden Sie in größeren Einstellungen Chemieanlagen, Krankenhäuser und Transport-Zentren, die alle ähnliche Wärmetauscher HVAC, auf einer viel größeren Skala3. In der chemischen Industrie sind Wärmetauscher zum Heizen und kühlen eine Vielzahl von Prozessen4eingesetzt. Gärung, Destillation und Fragmentierung machen verwenden von Wärmetauschern4. Noch mehr Prozesse wie Beseitigung und Reinigung erfordern Wärmetauscher4.

References

  1. Types of Heat Exchangers." Types of Heat Exchangers. N.p., n.d. Web. 19 Jan. 2017.
  2. Heat exchangers for sugar factories and distilleries." Heat exchanger for sugar and ethanol industry. N.p., n.d. Web. 19 Jan. 2017.
  3. Biotechnology and green chemistry heat exchangers." Heat exchanger for green chemical industry. N.p., n.d. Web. 19 Jan. 2017.
  4. Heat exchangers for heating and cooling." Heat exchangers for district heating, cooling and HVAC. N.p., n.d. Web. 19 Jan. 2017.

1. Starten Sie und fließen Sie Tariffindung

  1. Öffnen Sie das Ladeventil befindet sich unterhalb der Dampfgenerator.
  2. Starten Sie das Gerät und erlauben Sie 15 min für Dampf zu bilden beginnen.
  3. Die Durchflussmenge des Wassers zu berechnen
    1. Eine Stoppuhr starten und das Messgerät zeigt die Menge des Wassers zu überwachen.
    2. Die Stoppuhr nach 30 s und Datensatz das Gesamtvolumen des Wassers auf dem Messgerät angezeigt.
    3. Teilen Sie das Volumen des Wassers durch die Zeit, um den Volumenstrom zu bestimmen.
  4. Aufzeichnung der MEG-Volumenstrom aus den Durchflussmesser.
  5. Beobachten Sie die Temperatur von der Thermoelemente zu, und zeichnen Sie die Werte.

2. Variation der Durchflussmenge und Herunterfahren nach unten

  1. Zur Erhebung von Daten für 6 verschiedenen Läufen einstellen der Durchflussmenge des Wassers entweder eine hohe oder niedrige Flussrate und führen Sie es mit einem High, Medium oder low-Flow-Rate von MEG.
    1. Zum Vergleich: die früheren Durchflussmengen verwendet wurden: 0.0439, 0.0881 und 0,1323 gal/sec für die Low, Medium und High Durchflussraten von MEG, beziehungsweise.
  2. Wie vorher Aufzeichnen der volumetrischen Flussraten und Temperaturdifferenz auf das Thermoelement für jeden Lauf.
  3. Wenn Sie fertig sind, beenden Sie das Instrument.
    1. Schließen Sie die Ventile um die Durchflussmengen von Dampf, Monoethylenglykol Glykol und Wasser zu stoppen.
    2. Schalten Sie den Hauptschalter aus.

3. Berechnungen

  1. Verwenden Sie Gleichung 1 zur Berechnung der gesamten Wärme übertragen, Q, mit dem Temperaturunterschied lesen Sie von der Thermoelemente (Geräte zur Messung der Temperatur) und die bekannten Abmessungen des Wärmetauschers (gefunden in der Bedienungsanleitung für das Gerät betrieben wird ). Die Temperaturunterschiede können die Temperaturwerte des Fahrbetriebs entnommen werden.
  2. Berechnung der Wärme für jeden einzigartigen Probelauf, und verwenden Sie die Wilson Plot Methode der Wärmedurchgangskoeffizienten für die drei MEG Durchflussmengen zu finden.
  3. Vergleichen Sie die berechnete Wärme übertragen und Reynolds-Zahl auf theoretische Werte des Wärmetauschers ohne Flossen.

Wärmetauscher-Transfer zwischen beiden Arten erhitzen und sind für eine Vielzahl von Anwendungen von Autokühler auf chemische Großanlagen verwendet. Es gibt viele Wärmetauscher Entwürfe u.a. Shell und Rohr-Wärmetauscher und Rippenrohr-Wärmetauscher. Für diese ist ein Array von Rohren und Flossen genutzt, um Wärme aus der heißen Flüssigkeit auf die kalte Flüssigkeit übertragen. Und Verständnis für die Wärmeübertragung ist wichtig für Wärmetauscher-Design-Optimierung und deren Integration in größere Systeme. Dieses Video wird die Prinzipien von Wärmetauschern illustrieren, veranschaulichen die Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten und Effizienz für einen Rippenrohr-Wärmetauscher und verwandte Anwendungen zu diskutieren.

Nun, schauen wir wie Wärmetauscher arbeiten und die Grundsätze ihrer Effizienz zu prüfen. Die Wärmeübertragung in einem Wärmetauscher entsteht durch flüssigen Arten in engem Kontakt, die durch eine physikalische Barriere getrennt sind. Sie können entweder Parallel oder derzeit gegen einander fließen. Wärmetauscher, angetrieben durch lokale Temperaturunterschiede zwischen den Flüssigkeiten. Umso heißer von zwei Flüssigkeiten, die Eingabe der Wärmetauscher wird mit einer geringeren Temperatur beendet, während der kälteren, mit einer erhöhten Temperatur beendet wird. Die Wärmeübertragung kann durch die Zugabe von Flossen, der Strömungsquerschnitt erhöht werden, die Oberfläche zur Wärmeübertragung erhöht. Jedoch die zusätzlichen flossen auch eine Verringerung die Region durch die Flüssigkeit Grenzschichten zu bilden mehr Flächen vorsieht fließt,. Eine Grenzschicht ist die dünne Schicht der Flüssigkeit in Kontakt mit der Oberfläche, die durch den Austausch von Kräfte betroffen ist. Wenn der Grenzschicht laminar ist, gibt es sehr wenig mischen und Wärmeübertragung wird gehemmt. Bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten oder längere Strecken die laminare Strömung bricht und Übergänge zu einer turbulenten Strömung, wo die Masse Flüssigkeit effektiver mischt. Im stationären Betrieb kann die gesamte Wärme übertragen, Q, mit insgesamt Wärmedurchgangskoeffizienten U, das Gebiet, durch die die Wärme fließt, berechnet werden A und Delta TLM, die logarithmische mittlere Temperaturdifferenz zwischen der Bulk-Strömung und die Hitze Oberfläche. UA ist die allgemeine Leitfähigkeit und ist ein Maß für die Wärmeübertragungsleistung eines Wärmetauschers. Der gesamte Wärmeübergangskoeffizient richtet sich nach dieser Gleichung, die die Flächen des Rohrs und Flossen, die Wärmedurchgangskoeffizienten und die thermische Leitfähigkeit und Dicke des Rohres berücksichtigt. Der Wärmeübergangskoeffizient wird geschätzt von experimentellen Daten mit grafischen Methoden, wie z. B. die Wilson-Handlung, die den Kehrwert der gesamten Leitwert gegenüber einem über die Reynolds Grundstücke auf die acht Zehntel Kraft angehoben. Linearer Regression wird verwendet, um für den Wärmedurchgangskoeffizienten zu lösen. Die dimensionslose Reynold-Zahl ist das Verhältnis der Trägheitskräfte zu zähflüssig Kräfte und es zur Strömung beschreiben. Wo ist D der äquivalenten Durchmesser des Rohres, G die Masse Geschwindigkeit der Flüssigkeit und Mu die Viskosität der Flüssigkeit ist. Eine höhere Reynold-Zahl zeigt ein turbulenter Strömung, mehr Flüssigkeit mischen und Erhöhung der Wärmeübertragung. Nun, Sie verstehen, wie zur Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten und Reynold es Zahlen, lassen Sie uns die Wärmeübertragung von einem Rippenrohr-Wärmetauscher durch Variation der Durchflussmengen von Wasser und Monoetilenglicol auswerten.

Vor Ihrem Start machen Sie sich vertraut mit dem Rippenrohr-Wärmetauscher-Apparat. Öffnen Sie das Ladeventil, starten Sie das Gerät und warten auf Dampf zu bilden beginnen. Mit einer Stoppuhr und das Messgerät bestimmen Sie die Wasserdurchflussmenge. Starten Sie Ihre Stoppuhr und überwachen Sie das Messgerät zeigt die Menge des Wassers zu. Stoppen Sie die Stoppuhr nach 30 Sekunden. Zeichnen Sie das Gesamtvolumen des Wassers auf die Gage und teilen Sie das Volumen durch die gemessene Zeit. Lesen Sie als nächstes die MEG Durchflussmenge auf dem Display. Wenn die 30 Sekunden für die Berechnung der Strömung bestanden haben, erfassen Sie die Temperatur von der Thermoelemente.

Nun, variieren Sie die Fördermengen um Daten für sechs einzigartige Abfahrten zu erhalten. Jede Ausführung besteht aus einem Set Wasser und MEG Durchfluss. Der Wasserdurchfluss auf entweder hoch oder niedrig festgelegt und führen Sie es mit einer hohen, mittleren oder niedrigen Fließgeschwindigkeit von MEG für insgesamt sechs Läufen. Wiederholen Sie den Vorgang oben für jede Durchflussmenge volumetrische Flussraten von Wasser und MEG und der Temperatur-Unterschied von Thermoelement aufzeichnen. Wenn Sie fertig sind, beenden Sie das Instrument. Schließen Sie die Ventile für Dampf, Glykol und Wasser fließen. Dann schalten Sie den Hauptschalter.

Um die Summe zu berechnen Wärme übertragen, Q, für jeden Lauf nutzen die gewonnenen Temperaturunterschiede von jedem Experiment und die physikalischen Parameter des Monoetilenglicol. Dann bestimmen Sie die Reynold Nummer für jeden einzigartigen Lauf mit den Abmessungen des Rohrs und die Masse Geschwindigkeit und Viskosität des Wassers ist.

Jetzt vergleichen wir die Ergebnisse mit den theoretischen Werten des Wärmetauschers ohne Flossen. Ein Wilson-Grundstück wurde zur Ermittlung des Wärmedurchgangskoeffizienten durch Auftragen einer über UA, im Vergleich zu einer über die Reynold-Zahl potenziert mit acht Zehntel und im Zusammenhang mit der linearen Gleichung für die gesamte Wärmeübertragungskoeffizienten passen. Blau, rote und grüne Linien zeigen die hohen, mittleren und niedrigen Monoetilenglicol Durchflussmengen im Experiment. Im Vergleich zu einem nicht berippte Rohr erreichte das Rippenrohr nicht turbulente Strömung. Die Flossen bieten zusätzliche Flächen für Grenzschichten zu bilden und die Monoetilenglicol in einem mehr Laminar-Flow-System zu erhalten. Beim Vergleich der Hitze zwischen den Wärmetauscher mit und ohne Flossen bei verschiedenen MEG Flussraten übertragen, ist es jedoch klar, dass ein Rippenrohr mehr Wärme als ein Rohr ohne Flossen an die gleichen Einstellungen übertragen. Wärmeübertragung ist effektiver mit einer größeren Fläche, trotz die Tatsache, dass die Rippenrohre Laminar-Flow, ihre Wärme-Effizienz induzieren war viel höher als bei den nicht berippte Rohr.

Wärmetauscher sind in einer Vielzahl von Einstellungen verwendet, um Wärme von einer Spezies zur anderen übertragen. In allen Gebäuden gehören Wärmetauscher der Heizung und Klimaanlage Systeme, Temperatur zu regulieren. Sie werden auch verwendet, um Patienten Kerntemperatur in Intensivmedizin-Einstellungen, wie z. B. nach Herzstillstand, neurogene Fieber oder Operationen zu kontrollieren. Wärmetauscher werden auch auf den kleinen Maßstab in der Denature verwendet und Hitze Fällung von Proteinen aus Pflanzen extrahiert. Diese Technik wurde bei der Extraktion eines Malaria-Impfstoff Kandidaten aus transgenen Tabakpflanzen verwendet, um die Konzentration von Host Cell Proteinen zu reduzieren.

Sie habe nur Jupiters Einführung in Rippenrohr Wärmetauscher beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen die Prinzipien der Wärmeübertragung, werden in der Lage, Wärme Effizienz beurteilen und wissen, mehrere Anwendungen von Wärmetauschern in verschiedenen Prozessen. Danke fürs Zuschauen.

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