Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education Library
Chemical Engineering

This content is Free Access.

French
Test de l'efficacité de transfert de chaleur d'un échangeur de chaleur à tube fin
 

Test de l'efficacité de transfert de chaleur d'un échangeur de chaleur à tube fin

Article

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Les échangeurs de chaleur transfèrent la chaleur entre deux espèces et sont utilisés pour une grande variété d'applications allant des radiateurs de voiture aux usines chimiques à grande échelle. Il y a beaucoup d'échangeurs de chaleur comprenant des échangeurs de coquille et de tube et des échangeurs de tube finned. Pour ceux-ci un tableau de tubes et de nageoires est utilisé pour transférer la chaleur du liquide chaud au liquide froid. Une compréhension de l'efficacité de transfert de chaleur est importante pour l'optimisation de conception d'échangeur de chaleur et leur intégration dans de plus grands systèmes. Cette vidéo illustrera les principes des échangeurs de chaleur, démontrera comment calculer le coefficient de transfert de chaleur et l'efficacité d'un échangeur de chaleur de tube finiset et discutera des applications connexes.

Examinons maintenant le fonctionnement des échangeurs de chaleur et examinons les principes régissant leur efficacité. Le transfert de chaleur dans un échangeur de chaleur est généré par des espèces fluides en contact étroit qui sont séparées par une barrière physique. Ils peuvent circuler soit parallèles ou contre actuellement les uns aux autres. L'échange de chaleur est motivé par les différences de température locales entre les fluides. Le plus chaud des deux fluides entrant dans l'échangeur de chaleur sortira avec une température réduite tandis que le plus froid sortira avec une température accrue. L'efficacité de transfert de chaleur peut être augmentée par l'ajout de nageoires à la zone d'écoulement qui augmente la surface disponible pour le transfert de chaleur. Cependant, les nageoires ajoutées diminuent également la région par laquelle le fluide s'écoule, fournissant plus de surfaces pour que les couches de limite s'forment. Une couche limite est la mince couche de liquide en contact avec la surface qui est affectée par les forces de tonte. Lorsque la couche limite est laminaire, il y a très peu de mélange et le transfert de chaleur est inhibé. À des débits plus élevés, ou à des distances plus longues, le débit laminaire se décompose et passe à un débit turbulent où le fluide en vrac se mélange plus efficacement. Pendant l'opération d'état régulière, la chaleur totale transférée, Q, peut être calculée en utilisant le coefficient global de transfert de chaleur U, la zone par laquelle la chaleur coule, A et delta TLM, la différence de température moyenne logarithmique entre le flux de fluide en vrac et la chaleur Surface. L'UA est la conductance globale et est une mesure de la capacité de transfert de chaleur d'un échangeur de chaleur. Le coefficient global de transfert de chaleur est déterminé par cette équation qui prend en compte les surfaces du tuyau et des nageoires, les coefficients de transfert de chaleur et la conductivité thermique et l'épaisseur du tuyau. Le coefficient de transfert de chaleur est estimé à partir de données expérimentales utilisant des méthodes graphiques telles que la parcelle Wilson qui trace la réciprocité de la conductance globale par rapport à une sur le Reynolds soulevée à la puissance de huit dixièmes. La régression linéaire est utilisée pour résoudre les coefficients de transfert de chaleur. Le nombre sans dimension de Reynold est la ration de forces inertielles aux forces visqueuses et il a utilisé pour décrire le modèle de flux. Là où D est le diamètre équivalent du tuyau, G est la vitesse de masse du fluide et Mu est la viscosité du fluide. Un nombre plus élevé de Reynold indique un flux plus turbulent, un plus grand mélange de fluide et un transfert de chaleur accru. Maintenant que vous comprenez comment calculer les coefficients de transfert de chaleur et les nombres de Reynold, évaluons l'efficacité de transfert de chaleur d'un échangeur de chaleur de tube finenné en variant les débits de l'eau et du monoetilenglicol.

Avant de commencer, familiarisez-vous avec l'appareil d'échangeur de chaleur de tube finis. Ouvrez la soupape de charge, démarrez l'unité et attendez que la vapeur commence à se former. À l'aide d'un chronomètre et de la jauge, déterminez le débit d'eau. Démarrez votre chronomètre et surveillez la jauge affichant le volume d'eau. Arrêtez le chronomètre après 30 secondes. Enregistrez le volume total d'eau sur la jauge et divisez le volume par le temps mesuré. Ensuite, lisez le débit MEG sur l'écran. Lorsque les 30 secondes pour le calcul du débit ont passé, enregistrez la température des thermocouples.

Maintenant, variez les débits pour obtenir des données pour six exécutions uniques. Chaque course se compose d'un débit d'eau et de débit MEG. Fixez le débit d'eau à haut ou bas et exécutez-le avec un débit élevé, moyen ou faible de MEG pour un total de six pistes. Répétez la même procédure ci-dessus pour chaque débit pour enregistrer les débits volumétriques de l'eau et MEG et la différence de température du thermocouple. Une fois terminé, arrêtez l'instrument. Fermez les vannes pour la vapeur, le glycol et l'écoulement de l'eau. Puis éteignez l'interrupteur principal.

Pour calculer la chaleur totale transférée, Q, pour chaque course, utiliser les différences de température obtenues de chaque expérience et les paramètres physiques du monoetilenglicol. Déterminez ensuite le nombre du Reynold pour chaque course unique en utilisant les dimensions du tuyau et la vitesse de masse et la viscosité de l'eau.

Maintenant, nous allons comparer les résultats aux valeurs théoriques de l'échangeur de chaleur sans nageoires. Une parcelle Wilson a été utilisée pour déterminer les coefficients de transfert de chaleur en traçant un sur UA, contre un sur le nombre de Reynold augmenté à la puissance de huit dixièmes et reliant l'ajustement linéaire à l'équation pour le coefficient global de transfert de chaleur. Les lignes bleues, rouges et vertes indiquent les débits élevés, moyens et faibles de monoetilenglicol dans l'expérience. Par rapport à un tube non finné, le tube à nageoires n'a pas atteint un débit turbulent. Les nageoires fournissent des surfaces supplémentaires pour les couches limites pour former et maintenir le monoéthylène glycol dans un régime d'écoulement plus laminaire. Cependant, en comparant la chaleur transférée entre l'échangeur avec et sans nageoires à différents débits MEG, il est clair qu'un tube à nageoires transféré plus de chaleur qu'un tube sans nageoires aux mêmes réglages de fonctionnement. Le transfert de chaleur est plus efficace avec une plus grande surface, malgré le fait que les tubes à nageoires induisent le débit laminaire, leur efficacité thermique était beaucoup plus élevée que pour le tube non finned.

Les échangeurs de chaleur sont utilisés dans une variété de contextes pour transférer la chaleur d'une espèce à une autre. Dans tous les bâtiments, les échangeurs de chaleur font partie des systèmes de chauffage et de climatisation pour réguler la température. Ils sont également utilisés pour contrôler la température du patient de base dans les milieux de soins critiques, comme après un arrêt cardiaque, la fièvre neurogène ou la chirurgie. Les échangeurs de chaleur sont également utilisés à petite échelle dans la dénature et la chaleur des protéines provenant d'extraits de plantes. Cette technique a été utilisée dans l'extraction d'un candidat vaccin antipaludique à partir de plants de tabac transgéniques pour réduire la concentration de protéines cellulaires hôtes.

Vous venez de regarder l'introduction de JoVE aux échangeurs de chaleur de tube finis. Vous devez maintenant comprendre les principes du transfert de chaleur, être en mesure d'évaluer l'efficacité thermique et connaître plusieurs applications d'échangeurs de chaleur dans divers processus. Merci d'avoir regardé.

Read Article

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter