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Testen der Wärmeübertragungseffizienz eines Finnrohr-Wärmetauschers
 

Testen der Wärmeübertragungseffizienz eines Finnrohr-Wärmetauschers

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Wärmetauscher übertragen Wärme zwischen zwei Arten und werden für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, von Autoheizkörpern bis hin zu großen chemienden Anlagen. Es gibt viele Wärmetauscher-Designs, einschließlich Schalen- und Rohraustauscher und Rippenrohrtauscher. Für diese wird eine Reihe von Rohren und Flossen verwendet, um Wärme aus der heißen Flüssigkeit in die kalte Flüssigkeit zu übertragen. Ein Verständnis der Wärmeübertragungseffizienz ist wichtig für die Optimierung des Wärmetauscher-Designs und deren Integration in größere Systeme. Dieses Video zeigt die Prinzipien von Wärmetauschern, zeigt, wie der Wärmeübergangskoeffizient und die Effizienz eines Rippenrohrwärmetauschers berechnet werden, und diskutiert verwandte Anwendungen.

Sehen wir uns nun an, wie Wärmetauscher funktionieren, und untersuchen sie die Grundsätze für ihre Effizienz. Die Wärmeübertragung in einem Wärmetauscher wird von Fluidarten in engem Kontakt erzeugt, die durch eine physikalische Barriere getrennt sind. Sie können entweder parallel oder zählertisch zueinander fließen. Der Wärmeaustausch wird durch lokale Temperaturunterschiede zwischen den Flüssigkeiten angetrieben. Die heißere der beiden Flüssigkeiten, die in den Wärmetauscher gelangen, wird mit einer reduzierten Temperatur verlassen, während die kältere mit einer erhöhten Temperatur austritt. Die Wärmeübertragungseffizienz kann durch Zugabe von Flossen in den Durchflussbereich erhöht werden, was die für die Wärmeübertragung verfügbare Fläche erhöht. Die hinzugefügten Flossen verringern jedoch auch den Bereich, durch den die Flüssigkeit fließt, und stellen mehr Flächen für die Bildung von Begrenzungsschichten bereit. Eine Grenzschicht ist die dünne Flüssigkeitsschicht, die mit der Oberfläche in Berührung kommt, die von Scherkräften beeinflusst wird. Wenn die Grenzschicht laminar ist, gibt es sehr wenig Mischen und Wärmeübertragung wird gehemmt. Bei höheren Durchflussraten oder längeren Entfernungen bricht der laminare Fluss zusammen und übergeht zu einem turbulenten Fluss, bei dem sich die Schüttflüssigkeit effektiver mischt. Während des stationären Betriebs kann die gesamte übertragene Wärme, Q, mit dem Gesamtenheattinkoeffizienten U, dem Bereich, durch den die Wärme fließt, A und Delta TLM, dem logarithmischen mittleren Temperaturunterschied zwischen dem Schüttflüssigkeitsstrom und der Wärme berechnet werden. Oberfläche. UA ist die Gesamtleitfähigkeit und ist ein Maß für die Wärmeübertragungskapazität eines Wärmetauschers. Der Gesamtwärmeübergangskoeffizient wird durch diese Gleichung bestimmt, die die Oberflächen des Rohres und der Flossen, die Wärmeübergangskoeffizienten sowie die Wärmeleitfähigkeit und Dicke des Rohres berücksichtigt. Der Wärmeübertragungskoeffizient wird anhand experimenteller Daten mit grafischen Methoden wie dem Wilson-Plot geschätzt, der die Gegenseitigkeit der Gesamtleitfähigkeit im Vergleich zu einem über die Reynolds auf die Leistung von acht Zehnteln darstellt. Die lineare Regression wird verwendet, um die Wärmeübertragungskoeffizienten zu lösen. Die dimensionlose Reynolds-Zahl ist die Ration der Trägheitzustkräfte zu viskosen Kräften und es verwendet, um Strömungsmuster zu beschreiben. Wenn D der äquivalente Durchmesser des Rohres ist, ist G die Massengeschwindigkeit der Flüssigkeit und Mu die Viskosität der Flüssigkeit. Eine höhere Anzahl von Reynolds deutet auf einen turbulenteren Fluss, eine größere Flüssigkeitsmischung und eine erhöhte Wärmeübertragung hin. Nun, da Sie verstehen, wie die Wärmeübertragungskoeffizienten und Reynolds Zahlen zu berechnen, lassen Sie uns die Wärmeübertragungseffizienz eines Rippenrohr-Wärmetauschers bewerten, indem wir die Durchflussraten von Wasser und Monoetilenglicol variieren.

Machen Sie sich vor dem Start mit dem Rippenrohr-Wärmetauscher-Gerät vertraut. Öffnen Sie das Ladeventil, starten Sie das Gerät und warten Sie, bis sich der Dampf bildet. Bestimmen Sie mit hilfe einer Stoppuhr und dem Messgerät den Wasserdurchfluss. Starten Sie Ihre Stoppuhr und überwachen Sie das Messgerät, das die Wassermenge anzeigt. Stoppen Sie die Stoppuhr nach 30 Sekunden. Zeichnen Sie das Gesamtvolumen des Wassers auf dem Messgerät auf und dividieren Sie das Volumen durch die gemessene Zeit. Lesen Sie als Nächstes die MEG-Durchflussrate auf dem Display. Wenn die 30 Sekunden für die Durchflussberechnung verstrichen sind, notieren Sie die Temperatur der Thermoelemente.

Ändern Sie nun die Durchflussraten, um Daten für sechs eindeutige Durchläufe zu erhalten. Jeder Lauf besteht aus einem eingestellten Wasser- und MEG-Durchfluss. Stellen Sie den Wasserdurchfluss entweder hoch oder niedrig ein und führen Sie ihn mit einer hohen, mittleren oder niedrigen Durchflussrate von MEG für insgesamt sechs Durchläufe aus. Wiederholen Sie das oben beschriebene Verfahren für jede Durchflussrate, um die Volumendurchflussraten von Wasser und MEG sowie die Temperaturdifferenz vom Thermoelement aufzuzeichnen. Wenn Sie fertig sind, fahren Sie das Gerät herunter. Schließen Sie die Ventile für den Dampf-, Glykol- und Wasserfluss. Schalten Sie dann den Hauptschalter aus.

Um die übertragene Gesamtwärme zu berechnen, q, für jeden Lauf, verwenden Sie die erhaltenen Temperaturunterschiede aus jedem Experiment und die physikalischen Parameter von monoetilenglicol. Bestimmen Sie dann die Anzahl des Reynolds für jeden einzelnen Lauf unter Verwendung der Abmessungen des Rohres und der Massengeschwindigkeit und Viskosität des Wassers.

Vergleichen wir nun die Ergebnisse mit den theoretischen Werten des Wärmetauschers ohne Flossen. Ein Wilson-Plot wurde verwendet, um die Wärmeübergangskoeffizienten zu bestimmen, indem ein über UA dargestellt wurde, im Vergleich zu einem über die Anzahl des Reynolds, der auf die Leistung von acht Zehnteln erhöht wurde und die lineare Anpassung an die Gleichung für den gesamten Wärmeübergangskoeffizienten in Beziehung setzte. Die blauen, roten und grünen Linien zeigen die hohen, mittleren und niedrigen Monoetilenglicol-Durchflussraten im Experiment an. Im Vergleich zu einem nicht-finned Rohr, die Flossenrohr nicht zu einem turbulenten Fluss erreicht. Die Flossen stellen zusätzliche Oberflächen für Grenzschichten zur Verfügung, um das Monoethylenglykol in einem laminareren Strömungsregime zu bilden und zu erhalten. Beim Vergleich der zwischen dem Austauscher übertragenen Wärme mit und ohne Flossen bei unterschiedlichen MEG-Durchflussraten ist jedoch klar, dass ein Rippenrohr bei den gleichen Betriebseinstellungen mehr Wärme übertrug als ein Rohr ohne Flossen. Die Wärmeübertragung ist mit einer größeren Oberfläche effektiver, trotz der Tatsache, dass die Rippenrohre laminaren Fluss induzieren, war ihre Wärmeeffizienz viel höher als für das nicht-finned Rohr.

Wärmetauscher werden in einer Vielzahl von Einstellungen verwendet, um Wärme von einer Art zur anderen zu übertragen. In allen Gebäuden sind Wärmetauscher Teil der Heizungs- und Klimaanlagen, um die Temperatur zu regulieren. Sie werden auch verwendet, um die Kerntemperatur der Patienten in kritischen Behandlungsumgebungen zu steuern, z. B. nach Herzstillstand, neurogenem Fieber oder Operationen. Wärmetauscher werden auch im kleinen Maßstab bei der Denatur- und Wärmefällung von Proteinen aus Pflanzenextrakten eingesetzt. Diese Technik wurde bei der Extraktion eines Malariaimpfstoffs kandidaten aus transgenen Tabakpflanzen verwendet, um die Konzentration von Wirtszellproteinen zu reduzieren.

Sie haben gerade JoVeEs Einführung in Rippenrohrwärmetauscher beobachtet. Sie sollten nun die Prinzipien der Wärmeübertragung verstehen, in der Lage sein, die Wärmeeffizienz zu bewerten und verschiedene Anwendungen von Wärmetauschern in verschiedenen Prozessen kennen. Danke fürs Zuschauen.

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