Hai! Saya bagian dari tim pemasok penukar panas, dan hari ini saya ingin mengobrol tentang cara mengetahui area perpindahan panas yang diperlukan dari penukar panas. Ini adalah langkah penting dalam mendapatkan penukar panas yang tepat untuk kebutuhan Anda, jadi mari selami!
Memahami dasar -dasar perpindahan panas
Sebelum kita mulai menghitung area perpindahan panas, kita harus memahami prinsip -prinsip dasar perpindahan panas. Ada tiga cara utama panas dapat bergerak: konduksi, konveksi, dan radiasi. Di sebagian besar penukar panas, konduksi dan konveksi adalah pemain kunci.
Konduksi adalah saat panas bergerak melalui bahan padat. Pikirkan batang logam menjadi panas di satu ujung dan secara bertahap memanaskan seluruh batang. Dalam penukar panas, panas ditransfer melalui dinding tabung atau pelat.
Konveksi adalah transfer panas dengan pergerakan cairan (baik cairan atau gas). Dalam penukar panas, cairan panas dan dingin mengalir di sisi yang berbeda dari permukaan perpindahan panas, dan panas ditransfer dari cairan panas ke yang dingin melalui permukaan.
Persamaan perpindahan panas
Jantung menghitung area perpindahan panas terletak pada persamaan perpindahan panas, yaitu q = u × a × Δtm. Mari kita hancurkan ini:
- Q: Ini adalah laju perpindahan panas, diukur dalam watt (W) atau unit termal Inggris per jam (BTU/jam). Ini mewakili berapa banyak panas yang perlu ditransfer dari cairan panas ke cairan dingin. Anda dapat menghitung Q menggunakan laju aliran massa, kapasitas panas spesifik, dan perubahan suhu cairan. Rumus untuk q adalah q = m × cp × Δt, di mana m adalah laju aliran massa, CP adalah kapasitas panas spesifik, dan ΔT adalah perubahan suhu.
- DI DALAM: Ini adalah koefisien perpindahan panas keseluruhan, diukur dalam w/(m² · k) atau btu/(HR · ft² · ° F). Ini memperhitungkan resistensi terhadap perpindahan panas di kedua sisi permukaan perpindahan panas, serta ketahanan permukaan itu sendiri. Nilai U tergantung pada banyak faktor, seperti jenis fluida, laju aliran, geometri penukar panas, dan bahan permukaan perpindahan panas.
- A: Ini adalah area perpindahan panas yang kami coba temukan, diukur dalam meter persegi (m²) atau kaki persegi (ft²).
- Δtm: Ini adalah perbedaan suhu rata -rata log (LMTD), yang merupakan ukuran perbedaan suhu rata -rata antara cairan panas dan dingin selama penukar panas. Formula untuk ΔTM sedikit kompleks, tetapi didasarkan pada suhu inlet dan outlet dari cairan panas dan dingin.
Perhitungan langkah demi langkah
Sekarang kita tahu persamaannya, mari kita melalui langkah -langkah untuk menghitung area perpindahan panas yang diperlukan:
Langkah 1: Tentukan laju perpindahan panas (q)
Pertama, Anda perlu mencari tahu berapa banyak panas yang perlu ditransfer. Ini tergantung pada aplikasi spesifik Anda. Misalnya, jika Anda menggunakan penukar panas untuk memanaskan air untuk suatu proses, Anda harus mengetahui laju aliran massa air, suhu awal dan akhir, dan kapasitas panas spesifiknya.
Katakanlah Anda memiliki laju aliran air 10 kg/s, dan Anda ingin memanaskannya dari 20 ° C hingga 80 ° C. Kapasitas panas air spesifik adalah sekitar 4,18 kJ/(kg · k). Menggunakan rumus q = m × cp × Δt, kita dapat menghitung q sebagai berikut:
Q = 10 kg/s × 4.18 kJ/(kg · k) × (80 ° C - 20 ° C) = 10 × 4.18 × 60 = 2508 kJ/s = 2508000 w
Langkah 2: Perkirakan koefisien perpindahan panas keseluruhan (U)
Nilai U dapat sangat bervariasi tergantung pada jenis penukar panas dan cairan yang terlibat. Anda dapat menemukan nilai khas U dalam buku pegangan teknik atau sumber daya online. Misalnya, untuk penukar panas shell-and-tube dengan air di kedua sisi, Anda mungkin sekitar 1000-3000 W/(m² · k).
Mari kita asumsikan kita menggunakan aPenukar panas cangkang industri dan tabung, dan berdasarkan pengalaman kami dan sifat fluida, kami memperkirakan Anda menjadi 2000 W/(m² · k).
Langkah 3: Hitung perbedaan suhu rata -rata log (ΔTM)
Untuk menghitung ΔTM, Anda perlu mengetahui suhu inlet dan outlet dari cairan panas dan dingin. Katakanlah cairan panas masuk pada 120 ° C dan daun pada 90 ° C, dan cairan dingin masuk pada 20 ° C dan daun pada 80 ° C.
Rumus untuk ΔTM adalah:
Δtm = (Δt1 - Δt2) / ln (Δt1 / Δt2)
di mana ΔT1 adalah perbedaan suhu di satu ujung penukar panas dan ΔT2 adalah perbedaan suhu di ujung lainnya.
Δt1 = 120 ° C - 80 ° C = 40 ° C
ΔT2 = 90 ° C - 20 ° C = 70 ° C
ΔTM = (40 ° C - 70 ° C) / LN (40 ° C / 70 ° C) ≈ 53,6 ° C
Langkah 4: Hitung area perpindahan panas (a)
Sekarang kita memiliki q, u, dan Δtm, kita dapat menggunakan persamaan perpindahan panas q = u × a × Δtm untuk dipecahkan untuk:
A = q / (u × Δtm)
A = 2508000 W / (2000 W / (M² · K) × 53,6 K) ≈ 23,4 m²
Faktor yang mempengaruhi perhitungan
Penting untuk dicatat bahwa ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi keakuratan perhitungan kami:
- Sifat cairan: Kapasitas panas spesifik, kepadatan, viskositas, dan konduktivitas termal cairan dapat berubah dengan suhu dan tekanan. Perubahan ini dapat mempengaruhi laju perpindahan panas dan koefisien perpindahan panas secara keseluruhan.
- Rezim aliran: Rezim aliran (laminar atau turbulen) dari cairan juga dapat memiliki dampak besar pada perpindahan panas. Aliran turbulen umumnya menghasilkan koefisien perpindahan panas yang lebih tinggi daripada aliran laminar.
- Fouling: Seiring waktu, endapan dapat menumpuk di atas permukaan perpindahan panas, yang dapat meningkatkan resistensi terhadap perpindahan panas dan mengurangi koefisien perpindahan panas secara keseluruhan. Ini dikenal sebagai fouling, dan perlu diperhitungkan saat merancang penukar panas.
Berbagai jenis penukar panas
Ada banyak jenis penukar panas yang tersedia, masing -masing dengan kelebihan dan kekurangannya sendiri. Beberapa tipe umum meliputi:
- Penukar panas shell-and-tube: Ini adalah jenis penukar panas yang paling banyak digunakan. Mereka terdiri dari cangkang (kapal silinder besar) dan seikat tabung. Cairan panas dan dingin mengalir melalui tabung dan cangkang, masing -masing.Penukar panas cangkang industri dan tabungadalah pilihan yang bagus untuk banyak aplikasi industri.
- Penukar panas cangkang dan tabung U-tube: Ini adalah variasi dari penukar panas shell-and-tube, di mana tabung ditekuk menjadi bentuk-U. Desain ini memungkinkan ekspansi dan kontraksi termal tanpa menyebabkan tekanan berlebihan pada tabung. MemeriksaPenukar panas shell dan tabung U-tubeuntuk lebih jelasnya.
- Pemanas air umpan tekanan rendah: Ini digunakan di pembangkit listrik untuk memanaskan air umpan sebelum memasuki boiler. Mereka biasanya beroperasi pada tekanan rendah dan menggunakan uap sebagai media pemanas.Pemanas air umpan tekanan rendahadalah jenis penukar panas khusus untuk aplikasi ini.
Kesimpulan
Menghitung area perpindahan panas yang diperlukan dari penukar panas adalah proses yang kompleks tetapi penting. Dengan memahami prinsip -prinsip dasar perpindahan panas, menggunakan persamaan perpindahan panas, dan dengan mempertimbangkan berbagai faktor yang dapat mempengaruhi perhitungan, Anda dapat memastikan bahwa Anda memilih penukar panas yang tepat untuk kebutuhan Anda.
Jika Anda berada di pasar untuk penukar panas dan membutuhkan bantuan dengan proses ukuran atau seleksi, jangan ragu untuk menjangkau kami. Kami adalah tim ahli dengan pengalaman bertahun -tahun di industri penukar panas, dan kami di sini untuk memberi Anda solusi terbaik. Apakah Anda membutuhkanPenukar panas cangkang industri dan tabung, APenukar panas shell dan tabung U-tube, atau aPemanas air umpan tekanan rendah, kami membuatmu tertutup. Hubungi kami hari ini untuk memulai percakapan!
Referensi
- Incropera, FP, DeWitt, DP, Bergman, TL, & LaVine, AS (2017). Dasar -dasar pemindahan panas dan massa. Wiley.
- Green, DW, & Perry, RH (2007). Buku Pegangan Insinyur Kimia Perry. McGraw-Hill.