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フィンドチューブ熱交換器の熱伝達効率のテスト
 

フィンドチューブ熱交換器の熱伝達効率のテスト

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熱交換器は2種間で熱を伝達し、自動車ラジエーターから大規模化学プラントまで幅広い用途に使用されています。シェルやチューブ交換器、フィン付きチューブ交換器など、多くの熱交換器の設計があります。これらの場合、チューブとフィンの配列は、熱い流体から冷たい流体に熱を伝達するために使用されます。熱伝達効率を理解することは、熱交換器の設計の最適化と大規模なシステムへの統合にとって重要です。このビデオでは、熱交換器の原理を示し、フィン管熱交換器の熱伝達係数と効率を計算し、関連するアプリケーションについて説明します。

次に、熱交換器の仕組みを見て、その効率を支配する原則を見てみましょう。熱交換器内の熱伝達は、物理的な障壁によって分離された密接触の流体種によって生成されます。現在、互いに並列またはカウンタを流すことができます。熱交換は、流体間の局所温度差によって駆動されます。熱交換器に入る2つの流体の熱い方は温度を下げると、寒い方は温度が上がって終了します。熱伝達効率は熱伝達のために利用できる表面積を増加させる流れ区域にフィンを加えることによって高めることができる。ただし、追加されたフィンは流体が流れる領域も減少し、境界層が形成されるサーフェスが増えます。境界層は、せん断力の影響を受けるサーフェスに接触する流体の薄い層です。境界層が層状であると、混合が非常に少なく、熱伝達が阻害される。より高い流量、または長い距離では、層流が分解され、バルク流体がより効果的に混合する乱流に遷移します。定常状態動作中に、総熱伝達、Q、熱伝達係数U、熱流れの面積、AとデルタTLM、バルク流体流れと熱との対数平均温度差を用いて計算することができる表面。UAは全体的な伝導性であり、熱交換器の熱伝達能力の尺度である。全体的な熱伝達係数は、パイプとフィンの表面積、熱伝達係数、およびパイプの熱伝導率と厚さを考慮したこの方程式によって決定されます。熱伝達係数は、全体的な伝導率の逆数をプロットするウィルソンプロットなどのグラフィカルな方法を使用して実験データから推定され、レイノルズの1つは80分の1の電力に上がります。線形回帰は、熱伝達係数の解決に使用されます。次元のないレイノルドの数は、粘性力への慣性力の配給であり、流れパターンを記述するために使用されます。ここで、D はパイプの等価直径、G は流体の質量速度、Mu は流体の粘度です。レイノルドの数値が高いほど、乱流、流体混合の増加、熱伝達の増加を示します。熱伝達係数とレイノルドの数値を計算する方法を理解したので、水とモノエシレングリコルの流量を変えることによって、フィンドチューブ熱交換器の熱伝達効率を評価してみましょう。

開始する前に、フィン付きチューブ熱交換器装置に慣れてみてください。充電バルブを開き、ユニットを起動し、蒸気が形成を開始するのを待ちます。ストップウォッチとゲージを使用して、水の流量を決定します。ストップウォッチを起動し、水の体積を表示するゲージを監視します。30 秒後にストップウォッチを停止します。ゲージ上の水の総体積を記録し、測定された時間で体積を割ります。次に、ディスプレイのMEG流量を読みます。流量計算の 30 秒が経過したら、熱電対からの温度を記録します。

ここで、流量を変更して、6 つの一意の実行のデータを取得します。各実行は、設定された水とMEG流量で構成されています。水流量を高いか低いかに設定し、合計6回の実行でMEGの高、中、または低流量で実行します。各流量について上記と同じ手順を繰り返して、水とMEGの体積流量と熱電対からの温度差を記録します。完了したら、楽器をシャットダウンします。蒸気、グリコール、水流のバルブを閉じます。次に、メインスイッチをオフにします。

転送された総熱を計算するために、Qは、各実行について、各実験から得られた温度差およびモノエチレンリコールの物理的パラメータを使用する。次に、パイプの寸法と水の質量速度と粘度を使用して、各一意の実行のレイノルドの番号を決定します。

次に、フィンのない熱交換器の理論値と結果を比較してみましょう。ウィルソンプロットは、UA上で1つをプロットし、レイノルドの数を80分の1の電力に引き上げ、線形適合度を全体的な熱伝達係数の方程式に関連付けることによって、熱伝達係数を決定するために使用されました。青、赤、緑の線は、実験における高、中、低のモノレクリングリコル流量を示します。非フィンチューブと比較すると、フィンドチューブは乱流に達しませんでした。フィンは、より層流れ体制でモノエチレングリコールを形成し、維持するための境界層のための追加の表面を提供します。しかし、異なるMEG流量でフィンとの交換器間で伝達される熱を比較すると、フィンチューブが同じ動作設定でフィンのないチューブよりも多くの熱を伝達することは明らかです。熱伝達は、フィン管が層流を誘発するという事実にもかかわらず、より大きな表面積でより効果的であり、その熱効率は非フィンチューブよりもはるかに高かった。

熱交換器は、ある種から別の種に熱を伝達するために、さまざまな設定で使用されます。すべての建物で、熱交換器は温度を調節するための暖房および空調システムの一部である。彼らはまた、心停止後、神経原性発熱や手術などの重要なケアの設定でコア患者の温度を制御するために使用されます。熱交換器はまた、植物抽出物からのタンパク質の変性および熱沈殿の小規模で使用されます。この技術は、宿主細胞タンパク質の濃度を低下させるためにトランスジェニックタバコ植物からのマラリアワクチン候補の抽出に使用された。

JoVEのフィン付きチューブ熱交換器の紹介を見たばかりです。熱伝達の原理を理解し、熱効率を評価し、さまざまなプロセスにおける熱交換器のいくつかのアプリケーションを知ることができる必要があります。見てくれてありがとう。

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