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熱交換器の解析

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熱交換器、エネルギー システムのユビキタスのコンポーネントです。いくつかの一般的な例として、車のラジエーターと冷蔵庫の蒸発器。両方のケースで熱交換器は流体別の 1 つのストリームからの熱の伝達を促進します。これらの例から熱交換器は、システムのさまざまな重要なことは明らかです。主に熱力学的サイクルの温度管理や転移を提供します。モデルとレートの熱交換器に方法の理解は、設計の最適化と熱交換器を大規模なシステムに統合するため重要です。このビデオは熱交換器デザインおよび分析のいくつかの原則を説明し、シンプルなチューブ ・ イン ・ チューブ熱交換器設計に関するこれらの概念を紹介し。最後に、いくつかの一般的なアプリケーションが探求されます。

うまく設計された熱交換器ミックスは許可せず、2 つの流体ストリーム間の効率的で継続的な熱伝達を容易にする必要があります。2 つの流体は熱交換器を入力と物理的な障壁に近い熱的接触に取り込みます。熱交換は、流体出口に達するまで流体の進捗状況として、ローカル温度の相違によって駆動されます。結果は、熱交換器に入る二つの流体の高温低温と温度上昇を持つ 2 つの冷たい終了することです。定常運転時は、高温流体の熱伝導率、質量流量、流体の比熱によって決まります、入口と出口の温度差を掛けた。対応する値を使用する場合、同じ式が低温流体に適用されます。周囲に熱漏洩分はごくわずか、2 つの転送速度の大きさは等しくなります。これは、高温の流体によって失われた熱が低温の流体によって得られることを意味します。ケルビン、当たりのワット数で全体のコンダクタンスは、熱交換器の熱伝達能力の指標です。カウンター フロー、チューブ ・ イン ・ チューブ熱交換器として知られている特定の幾何学を分析してみましょう。このデザインで高温の流体が管の直線部の中の一つの方向に流れます。低温流体は、ホット チューブと 2 番目のアウター チューブの輪に、反対の方向で流れます。このジオメトリの 2 つのストリーム間の熱伝達を運転の平均温度差は、ストリームの両方の入力と出力の温度から計算することができますログの平均温度の違いです。熱交換器操作のこのモデルを使用して、2 つの異なるタイプの熱交換器解析問題を答えることができます。評価と設計。熱伝達率とログを意味する温度差は、実験計測などで知られている 2 つの比から全体的なコンダクタンスが計算できます。ただし、デザインの目的のため、熱交換器のジオメトリと材料特性から全体的なコンダクタンスに予測に便利です。これは、2 つのストリーム間の熱抵抗の合計を見つけることによって行うことができます。チューブ ・ イン ・ チューブのジオメトリでは、これらの抵抗によって決定されます: ホット流体チューブ、インナー チューブの壁と再び冷たい流体管内対流によって伝導対流。この合計の逆は、チューブ ・ イン ・ チューブの対向流熱交換器の全体的なコンダクタンスを与えます。今では熱交換器を分析する方法を見てきた、研究所の 1 つをテストしてみましょう。

お湯と水の貯水池として機能する作業面の反対側に 2 つのプラスチック容器に貼付します。必要に応じて、インレット、アウトレット水行、ポンプ電源ケーブル用の蓋に穴をあけます。終了する際は、各タンクの小型の水中ポンプをマウントします。次に、水流量計、または、各貯水池の近くに垂直方向に浮子式流量計をマウントし、流量計の入口にポンプのコンセントを接続するソフト PVC チューブを使用します。今、熱交換器の外側の冷水管に 2 つの圧縮管ティー継手をインストールします。近くの t 字継ぎ手、ホットの流量計のコンセント側ポートから 1 つの柔軟な塩ビ管を接続します。ホット カウンター フロー チューブの端に、ティー継手を含む、熱交換器へのアルミ チューブのセクションを同じ長さでカットし、アセンブリに挿入します。次に、圧縮熱交換器アセンブリ、温泉水の貯水池のもう一方の端継手から柔らかいプラスチック チューブを接続します。アルミ チューブの周りのソフト プラスチック製のチューブをシールする圧縮継手を締めます。これは外側のコールド フロー区別熱い流れ、内側のアルミ チューブ。コールド フロー メーター コンセントに 1 つ t 字継ぎ手の側ポートからフレキシブル PVC チューブを接続、フィッティング冷たい水貯蔵所に戻って他のティーの側ポートに番目のチューブを接続します。前に、熱交換器へのホット、コールド ストリーム入口反対側にいるを確認します。柔らかいプラスチック チューブ熱交換器のそれぞれの入口および出口港の近くの 1 つの側面に小さな穴をドリルします。そっとこの熱電対プローブを各ポート内に挿入して、プローブの先端は管の中心部で約。最後に、水漏れに対する熱電対プローブ周りの管の隙間をシールするのにエポキシ、または似たような接着剤を使用します。エポキシが硬化すると、4 つのすべての熱電対プローブを熱電対リーダーに接続します。アセンブリが完了したら、テストを開始する準備が整いました。

常温水道水とお湯でホット貯水池リザーバー冷たい。両方の水ポンプをオンにし、両方のループの流れを増加する流れメートル上のニードル バルブを調整します。閉じ込められた空気の泡を洗い流すため十分な長さを循環する水を許可します。空気の泡を削除すると、約 0.1 リットル毎分に両方のループで流量を調整します。システム、安定するために数分を待つし、4 つの熱電対測定報告する入口と出口の温度を記録します。熱電対リーダーは、記録している間に現在の値を固定するホールド機能があります。これらのフロー条件下における測定値の 5 セットを記録します。約 0.125 リットル/分、および 0.15 リットル毎分の流量にこれらの測定を繰り返します。ホットとコールドの入力間の温度差 5 度下回ると、リフィルのホット、コールドの新鮮な水の貯水池を実行します。今では、測定が完了したら、結果を見てをみましょう。

18 セット データのセットごとに測定された体積流量が必要です。これらのテストは、同じ流量 V ドット注は、ホット、コールド ストリームに使用されます。まず、水の密度を体積流量の各値を質量流量に変換するため使用します。今、質量流量、水の比熱、それぞれ温度差を掛けての各セットでホットとコールド ストリームのエネルギー変化率を計算します。原則では、私たちはこれらの率の大きさが等しくなると仮定。不確実性を反映して、それらを比較することができますされるように。ほとんどの場合、熱転送速度に不確実性の内で合わせてください。しかし、流量が減少すると、低温の流体によって得られる熱と比較して、高温の流体からの損失熱の増加傾向があります。これは可能性が高い、周辺環境への熱損失の結果しかし、分析の残りの平均熱伝導率を使用ことができます効果が小さいので。次に、測定した熱伝達率から決定できる、熱交換器の全体的なコンダクタンスを評価することができます、ログの平均温度差。全体のコンダクタンスは、材料の熱伝導率、フロー条件、および熱交換器のジオメトリによって異なります。この値が考えられる低速度層流の流量と大幅変更されないことを期待しています。テキストで与えられる方程式を用いた測定温度を使用して、ログの平均温度差を計算します。今、全体のコンダクタンスを生成する設定ごとにログの平均温度差エネルギー変化の平均レートを分割します。予期していた通り、データ セットの標準偏差の小によって証明されるよう全体のコンダクタンスはテストされた条件の範囲で比較的一定です。ただし、この結果は十分に発達した層流定常予測理論値より高いです。両方のチャネルの入口の開発フローを想定し、適切な補正係数を使用して、理論的な予測は当社測定結果より高くなります。現実には、内部チャネルの流れが部分的に熱交換器入口に達する前に開発される、これは全体的なコンダクタンスの中間の値を説明する可能性があります。今では私たちの単純な熱交換器の結果分析を行ったが、いくつかの典型的なアプリケーションを見てみましょう。

熱交換器は、熱伝達は 2 つの流体ストリーム間促進することする必要があるさまざまなシナリオで使用されます。多くの電源発電所は、蒸気タービンを駆動する高圧蒸気を生成する高温ガスから発電機熱交換器伝達熱。これらのタービンからストリーム、ダウンは、凝縮器の熱交換器は流体の液化し、継続的に動作するようにサイクル低圧蒸気からの熱を拒否します。冷蔵庫、空調システム、蒸発熱交換器は希望温度を維持するために調節されたスペースの空気からの熱エネルギーを吸収します。

ゼウスの熱交換器分析入門を見てきただけ。熱交換器、実験的理論的に彼らのパフォーマンスを分析する方法の基本原則を理解知っている必要があります。見ていただきありがとうございます。

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