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测试芬管热交换器的传热效率

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热交换器在两种产品之间传递热量,并用于从汽车散热器到大型化工厂的各种应用。有许多热交换器设计,包括外壳和管交换器以及翅管交换器。对于这些,使用一系列管和鳍将热量从热流体传输到冷流体。了解传热效率对于热交换器设计优化及其集成到更大的系统中非常重要。本视频将说明热交换器的原理,演示如何计算翅片管热交换器的传热系数和效率,并讨论相关应用。

现在,让我们来看看热交换器是如何工作的,并检查了控制其效率的原则。热交换器中的传热是由密切接触的流体物种产生的,这些流体被物理屏障隔开。它们可以并行或计数器当前相互流动。热交换是由流体之间的局部温差驱动的。进入热交换器的两种流体中较热的液体将随着温度降低而排出,而较冷的液体将随着温度升高而排出。通过在流动区域添加散热片,可以增加可用于传热的表面面积,从而提高传热效率。但是,添加的鳍也会减少流体流过的区域,为边界层形成提供更多表面。边界层是受剪切力影响的与表面接触的细流体层。当边界层是层压时,混合很少,热传递被抑制。在较高的流速或更长的距离时,层流分解并过渡到湍流,使散装流体更有效地混合。在稳定状态运行期间,可以使用总传热系数 U、热流区域、A 和增量 TLM、散装流体流量与热的对数平均温差来计算总传热量 Q表面。UA 是整体电导,是热交换器传热能力的度量。总体传热系数由此方程确定,该方程考虑管道和散热片的表面面积、传热系数以及管道的导热性和厚度。传热系数是使用图形方法(如 Wilson 绘图)从实验数据中估计的,该图绘制了总体电导的倒数,而雷诺兹的功率为十分之八。线性回归用于求解传热系数。无尺寸雷诺数是惯性力与粘性力的配给,它用于描述流动模式。其中 D 是管道的等效直径,G 是流体的质量速度,Mu 是流体的粘度。雷诺的数字越高,表示流力更高,流体混合度越高,传热量越大。现在,您已经了解如何计算传热系数和雷诺数,让我们通过更改水和单体胶的流速来评估翅片管热交换器的传热效率。

出发前,请熟悉翅管换热器装置。打开充电阀,启动装置并等待蒸汽开始形成。使用秒表和仪表确定水流速率。启动秒表并监控显示水量的仪表。30 秒后停止秒表。在仪表上记录总水量,并将水量除以测量的时间。接下来,读取显示屏上的 MEG 流速。当流速计算超过 30 秒时,记录来自热电偶的温度。

现在,更改流速以获取六个唯一运行的数据。每个运行由设定的水和 MEG 流速组成。将水流速率设置为高或低,并运行它与高,中或低流量的MEG共六次运行。对每个流速重复上述相同的步骤,以记录水和 MEG 的体积流量以及热电偶的温差。完成后,关闭仪器。关闭蒸汽、乙二醇和水流的阀门。然后关闭主开关。

要计算总传热,Q,对于每次运行,使用从每个实验中获得的温差和单体胶的物理参数。然后,使用管道的尺寸以及水的质量速度和粘度确定每个唯一运行的雷诺数。

现在,让我们将结果与无散热片的热交换器的理论值进行比较。威尔逊图用于通过在 UA 上绘制一个图来确定传热系数,而在 Reynold 的功率提升到八十分之一功率时绘制一个,并将线性拟合与总体传热系数的方程相关联。蓝色、红色和绿色线表示实验中高、中、低单体醇的流速。与非翅管相比,翅管未达到湍流。翅片为边界层提供附加表面,以形成和维护在更层流机制中的单乙二醇。然而,当比较在不同 MEG 流速下带和没有散热片的交换器之间传递的热量时,很明显,在相同的操作环境中,翅片管比没有散热管的管传输更多的热量。传热在更大的表面积下更有效,尽管翅片管能引起层流,但其热效率远远高于非翅管。

热交换器用于各种设置,将热量从一个物种传输到另一个物种。在所有建筑物中,热交换器都是加热和空调系统的一部分,用于调节温度。它们还用于控制关键护理环境中的核心患者温度,例如心脏骤停、神经原热或手术后。热交换器也用于小规模的植物提取物中蛋白质的变性和热沉淀。该技术用于从转基因烟草植物中提取疟疾疫苗候选物,以降低宿主细胞蛋白的浓度。

您刚刚观看了 JoVE 对翅管热交换器的介绍。现在,您应该了解传热原理,能够评估热效率,并了解热交换器在各种工艺中的多种应用。谢谢你的收看。

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