WYMIANA CIEPŁA i WYMIENNIKI CIEPŁA - Strona główna · • Wszystkie parametry fizykochemiczne...
Transcript of WYMIANA CIEPŁA i WYMIENNIKI CIEPŁA - Strona główna · • Wszystkie parametry fizykochemiczne...
WYMIANA CIEPŁA i WYMIENNIKI CIEPŁA
Prof. M. Kamiński
Gdańsk 2015
• Znaczenie procesowe wymiany ciepła i zasady ogólne • Pojęcia i definicje podstawowe• Ruch ciepła na drodze przewodzenia• Ruch ciepła na drodze konwekcji - swobodnej /
wymuszonej – konwekcyjne wnikanie ciepła• Ruch ciepła na drodze kondensacji pary nasyconej• Ruch ciepła na drodze wrzenia
PLAN
• Ruch ciepła na drodze wrzenia• Ruch ciepła na drodze promieniowania – emisja /
absorpcja promieniowania cieplnego („podczerwieni”)• Rodzaje • Wymienniki ciepła • Przebiegi zmian temperatury w wymiennikach ciepła
różnego typu• Przenikanie ciepła i obliczanie powierzchni wymiany
ciepła
A B
Kilka rodzajów wymienników ciepła : A - spiralny, B - typu rura w rurze, C’, C” -typu płaszczowo – rurkowego : trzybiegowy (C’), dwubiegowy (C”)
C’ C”
Skraplacze, wyparki
Przewodzenie ciepła przez ściankę – płaską – jednowarstwową / wielowarstwową
BILANS WYMIANY CIEPŁA
Każda operacja związana z wymianą ciepła
podlega prawu zachowania energii, wg zasady:
-- ciepło pobrane = ciepło oddane + ciepło utracone (straty ciepła) --
Straty ciepła mogą mieć miejsce na drodze wnikania lub promieniowania
WNIKANIE CIEPŁAkonwekcja swobodna / wymuszona / wrzenie /
kondensacja pary nasyconej
• Od płynu do ścianki / od ścianki do płynu
w różnych układach geometrycznych
w różnych stanach skupienia – ciecz, gaz, para,- bez zmiany stanu skupienia, albo ze zmianą stanu skupienia
• Od kondensującej pary nasyconej do ścianki
• Od ścianki do wrzącej cieczy Podstawowe liczby kryterialne uwzględniające zjawiska wnikania ciepła
w warunkach konwekcji wymuszonej, to:
Nu = α d / ƛ ; Re = u d ρ / ɳ;
Różniczkowe równanie wnikania ciepła
WNIKANIE CIEPŁA – analiza wymiarowa
• Konwekcja swobodna
• Ogólne równanie kryterialne opisujące wnikanie ciepła podczas konwekcji swobodnej (naturalnej) w przypadku płynu dla którego wartość liczby Pr 0,5 ma postać:
• Nu = C Gr Prn
• W równaniu tym oprócz wyjaśnionych wcześniej liczb kryterialnych Nusselta Nu i Prandtla Pr pojawia się liczba Grashofa Gr:
•
• gdzie: l charakterystyczny wymiar liniowy, m
• lepkość kinematyczna płynu, m2/s
• współczynnik rozszerzalności objętościowej płynu, K-1
t = T T różnica temperatury między temperaturą powierzchni ścianki a temperaturą • t = Tw T różnica temperatury między temperaturą powierzchni ścianki a temperaturą ośrodka, K
• Wszystkie parametry fizykochemiczne określa się dla średniej temperatury warstwy przyściennej płynu Tm obliczonej jako średnia arytmetyczna z temperatury powierzchni ścianki Tw i temperatury ośrodka T.
• Współczynnik rozszerzalności objętościowej płynu dla gazów może być w przybliżeniu obliczony z zależności:
• β = 1/T
• natomiast dla cieczy wartość współczynnika należy odczytać z tablic danych fizykochemicznych.
• Charakterystyczny wymiar liniowy l występujący w liczbach Nusselta i Grashofa jest wymiarem pionowym danego elementu omywanego przez płyn, gdyż ruch płynu podczas konwekcji naturalnej zachodzi w kierunku przeciwnym niż oddziaływanie grawitacyjne.
-- WNIKANIE / PRZENIKANIE CIEPŁA –
Temperatury ściany / płynu / różnice temperatur
Zmiana temperatury ściany / płynu podczas wnikania / przenikania ciepła;wnikania / przenikania ciepła;
Pojęcie średniej temperatury ścianki / płynu podczas wnikania / przenikania ciepła;
Pojęcie efektywnych różnic temperatury podczas wnikania / przenikania ciepła;
WSPÓŁPRĄD============
============PRZECIWPRĄD
ZASTĘPCZA RÓŻNICA TEMPERATURY WYMIENNIKA CIEPŁA
gdy
∆tw/ ∆tm < 1.5 (2)
∆ te = (∆tw + ∆tm )/2
PRZENIKANIE CIEPŁA PRZEZ ŚCIANKĘ
POWIERZCHNIA WYMIANY CIEPŁA-- powierzchnia wymiennika ciepła --
F = Q / K ∆tzast F = [m2]Q = [J/S]=[W]K=[W/ m2 K]K=[W/ m K]∆tzast=[K]
Na podstawie wartości powierzchni wymiany ciepła można zaprojektować takie wymiary geometryczne wymiennika ciepła, takie jak, długość średnicę korpusu, liczbę i średnicę rurek wymiennika ciepła oraz inne wymiary, w tym średnice króćców doprowadzających i wyprowadzających czynnik grzejny oraz ogrzewany.
PROMIENIOWANIE CIEPLNEw zakresie podczerwieni
Prawa fizyki / zasady wykorzystania w praktyce
Promieniowanie cieplne-- zastosowanie w praktyce --