Warmtewisselaaranalyse

1. Fabricage van warmtewisselaarsysteem (zie schematische en foto, Fig. 2)

1. Bevestig twee plastic waterreservoirs (~1 liter elk) op een werkoppervlak (~0,6 m uit elkaar). Als dit afgesloten containers zijn, boor gaten in het deksel voor de inlaat- en uitlaatwaterleidingen en het stroomkabel van de pomp. Deze zullen dienen als de warme en koude waterreservoirs.
2. Monteer één kleine onderdompelbare pomp in elk reservoir.
3. Monteer verticaal twee waterstroommeters (rotameters), één nabij elk reservoir. Gebruik zachte PVC-buizen om de inlaatpoorten van de stroommeter te verbinden met de afvoerpoorten van de pomp.
4. Installeer de buitenste buis van de warmtewisselaar (HX) (~0,3 m lang, buitendiameter OD = 12,7 mm, binnendiameter ID = 9,5 mm) in twee compressiebuis T-stukken (zie Fig. 2). Verbind een flexibele PVC-buis (OD = 12,7 mm, ID = 6,2 mm) vanaf de zijpoort op één T-stuk naar de uitlaat van de warme stroommeter.
5. Snijd een aluminium buis (OD = 7,9 mm, ID = 6,2 mm) op de lengte van de warmtewisselaar, inclusief de T-stukken aan het eind (~0,38 m lang), en steek deze in de warmtewisselaarsamenstelling. De aluminium buis moet nauw in de zachte verbindings-PVC-buis (OD = 12,7 mm, ID = 6,2 mm) op het einde van de compressiefitting glijden.
6. Verbind een zachte PVC-buis vanaf de compressiefitting aan de andere kant van de HX-samenstelling naar het warme waterreservoir. Draai de compressiefittingen vast om de zachte plastic buis rond de aluminium buis te verzegelen. Dit zal de warme stroom door de binnenste aluminium buis scheiden van de buitenste koude stroom.
7. Verbind een flexibele PVC-buis vanaf de zijpoort op één T-stuk naar de uitlaat van de koude stroommeter. Verbind een PVC-buis vanaf de zijpoort op de andere T-stuk naar het koude waterreservoir (terugstroom). De inlaten van de warme en koude stromen naar de HX moeten aan tegenovergestelde uiteinden zijn.
8. Boor kleine gaatjes (~1,6 mm diameter) door één zijde van de zachte plastic buizen nabij elke warmtewisselaar inlaat- en uitlaatpoort (4 totaal). Steek voorzichtig een thermokoppelsonde in elke poort zodat het sondeuiteinde ongeveer in het midden van de buis is. Verbind de thermokoppelsondes met een thermokoppel-lezer
9. Gebruik epoxy of soortgelijke lijm om de kleine opening in de buizen rond de thermokoppelsondes te verzegelen zodat er geen water lekt.

Figuur 2: (a) Schematisch en (b) gelabelde foto van warmtewisselaar beoordelingsexperimenteel systeem

2. Bediening

1. Vul het koude reservoir met kamertemperatuur kraanwater, en het warme reservoir met warm water.
2. Zet de twee waterpompen aan, en gebruik de naaldkleppen op de stroommeter om de stroomsnelheden in te stellen op de gewenste waarden (bijvoorbeeld, 0,1 l min^-1). Het kan noodzakelijk zijn om water in eerste instantie met een hogere stroomsnelheid te circuleren om gevangen luchtbellen te verwijderen.
3. Laat het systeem een paar minuten stabiliseren, en noteer vervolgens de vier thermokoppelmetingen die de inlaat- en uitlaattemperaturen vertegenwoordigen. Noteer een paar sets metingen voor elke stromingsomstandigheid. Als beschikbaar, kan de hold functie op de thermokoppel-lezer metingen invriezen om het noteren te helpen.
4. Verzamel temperatuurmetingen bij een paar sets van warme en koude waterstromingssnelheden. Vul de reservoirs periodiek bij met vers warm en koud water om voldoende gemiddelde temperatuurverschillen (~5 - 10°C) te handhaven.

3. Analyse

1. Vergelijk voor elke toestand de warmte- en koudstroom energieveranderingssnelheden (, ). Voor water, c_p = 4,2 kJ kg^-1 K^-1. en de volumestromingssnelheid kan vermenigvuldigd worden met dichtheid (ρ_water = 997 kg m^-3) om de massastromingssnelheid te vinden. Komen de energieveranderingssnelheden (Q) overeen, zoals aangenomen in Vergelijking 1?
2. Beoordeel de LMTD voor elke toestand volgens Vergelijking 2 met Q van Stap 3.1. Beoordeel de warmtewisselaar UA (gedefinieerd in Vergelijking 3). Is deze hoeveelheid ongeveer constant voor de overwogen omstandigheden?
3. Beoordeel de theoretische UA voor volledig ontwikkelde laminare stroming in deze HX (Vergelijking 4) met de gemiddelde warmteoverdrachtsnelheid ((Q_C+Q_H)/2). Hoe vergelijkt deze theoretische waarde met de gemeten waarde?

Hoofdstuktitel

OverviewProcedureTranscriptFAQ Bron: Alexander S Rattner en Christopher J Greer; Afdeling Mechanische en Nucleaire Techniek, The Pennsylvania State University, University Park, PA W… Read More Browse More Videos Buis-in-buis ontwerp Logaritmisch Gemiddeld Temperatuurverschil Totale Conductantie UA Warmteoverdrachtssnelheid Q Tegenstroomconfiguratie Berekening van Thermische Weerstand Temperatuurstroommeting Experimentele Bepalingsprocedure Ontwerppredictiemodellering Chapters in this video 0:07 Overzicht 1:04 Principes van warmtewisseleranalyse 4:02 Opbouw van de apparatus 6:29 Uitvoeren van het experiment 7:45 Resultaten 10:31 Toepassingen 11:16 Samenvatting Research JoVE Journal JoVE Encyclopedia of Experiments JoVE Visualize Education JoVE Core JoVE Science Education JoVE Lab Manual JoVE Quiz Business JoVE Business Solutions Authors Biopharma Courses for Faculty Librarians K12 Accessibility Preferences Statement About JoVE Overview Leadership Other JoVE Help Center JoVE Newsletters JoVE Newsroom JoVE Topics Blog Webinars JoVE Sitemap Contact Us Recommend to Library Privacy Terms of Use Policies Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. All rights reserved.