كيفية حساب معدل نقل الحرارة لمبادل حراري من نوع الزعنفة؟

مرحبًا يا من هناك! كمورد لمبادل حراري من نوع الزعنفة، غالبًا ما يتم سؤالك عن كيفية حساب معدل نقل الحرارة لهذه الأجهزة الأنيقة. لذلك ، اعتقدت أنني سأقوم بتفكيكها بطريقة سهلة الفهم ، حتى لو لم تكن من ذوي النقل الحراري.

أولاً ، دعنا نتحدث عن ماهية مبادل حراري من نوع الزعنفة. إنه جهاز ينقل الحرارة بين سائقين - عادةً سائل وغاز - باستخدام الزعانف لزيادة مساحة السطح المتاحة لنقل الحرارة. يجعل هذا التصميم مبادلات حرارية من نوع الزعنفة فائقة الكفاءة واستخدامها على نطاق واسع في مختلف الصناعات ، من أنظمة التكييف إلى العمليات الصناعية.

الآن ، دعنا ندخل في حدوث حساب معدل نقل الحرارة. هناك بعض العوامل والمعادلات الرئيسية التي تحتاج إلى معرفتها.

أساسيات نقل الحرارة

يمكن أن يحدث نقل الحرارة بثلاث طرق: التوصيل والحمل الحراري والإشعاع. في المبادلات الحرارية من نوع الزعنفة ، فإن التوصيل والحمل الحراري هم اللاعبون الرئيسيون.

التوصيل هو نقل الحرارة من خلال مادة صلبة. في المبادل الحراري ، يحدث هذا داخل الزعانف والأنابيب. يخضع معدل التوصيل لقانون فورييه ، الذي ينص على أن معدل نقل الحرارة (ف) من خلال صلبة يتناسب مع اختلاف درجة الحرارة عبر المادة ، والمساحة المتقاطعة (أ) التي تتدفق من خلالها الحرارة ، والموصلية الحرارية (ك) للمادة ، وتتماثل عكسياً مع سماكة (ل) من المادة. المعادلة هي (q = - ka \ frac {dt} {dx}) ، حيث (\ frac {dt} {dx}) هو التدرج درجة الحرارة.

الحمل الحراري ، من ناحية أخرى ، هو نقل الحرارة بين سطح صلب وسائل. يمكن أن يكون إما الحمل الحراري القسري (عندما يتم تحريك السائل بقوة خارجية مثل المروحة أو المضخة) أو الحمل الحراري الطبيعي (عندما يتحرك السائل بسبب اختلافات الكثافة الناتجة عن اختلافات درجة الحرارة). يتم إعطاء معدل نقل الحرارة الناتج عن الحمل الحراري بموجب قانون التبريد في نيوتن: (q = ha \ delta t) ، حيث (H) هو معامل نقل الحرارة الحراري ، (أ) هو مساحة السطح ، و (\ delta t) هو اختلاف درجة الحرارة بين السطح الصلب والسائل.

حساب معدل نقل الحرارة في مبادل حراري من نوع الزعنفة

لحساب معدل نقل الحرارة الكلي في مبادل حراري من نوع الزعنفة ، عادة ما نستخدم مفهوم معامل نقل الحرارة الكلي (U). يأخذ معامل نقل الحرارة الإجمالي في الاعتبار مقاومة نقل الحرارة على كل من الجانبين الساخن والباردة في المبادل الحراري ، وكذلك المقاومة بسبب التوصيل من خلال جدار الأنابيب.

المعادلة الخاصة بمعدل نقل الحرارة في المبادل الحراري هي (q = ua \ delta t_ {lm}) ، حيث (u) هو معامل نقل الحرارة الكلي ، (أ) هو مساحة نقل الحرارة الكلية (بما في ذلك الزعانف) ، و (\ delta t_ {lm}) هو اختلاف درجة الحرارة المتوسطة.

1. تحديد معامل نقل الحرارة الكلي (U)

يمكن حساب معامل نقل الحرارة الكلي باستخدام المعادلة التالية: (\ frac {1} {u} = \ frac {1} {h_i}+\ frac {r_fi} {k_i}+\ frac {\ ln (r_o/r_i) {2 \ pi kl}+\ frac {r_fo} {k_o}+\ frac {1} {h_o}) ، حيث (h_i) و (h_o) هي معاملات نقل الحرارة الحرارية في الداخل وخارجها على التوالي ، (r_fi) و (r_fo) إن التوصيلات الحرارية للسوائل الموجودة في الداخل وخارج الأنابيب ، (R_I) و (R_O) هي نصف القطر الداخلي والخارجي للأنابيب ، (K) هي الموصلية الحرارية للمواد الأنبوب ، و (L) هو طول الأنبوب.

يمكن تحديد معاملات نقل الحرارة الحرارية (H_I) و (H_O) باستخدام الارتباطات التجريبية. على سبيل المثال ، بالنسبة للحمل القسري داخل أنبوب ، يمكن استخدام معادلة dittus - boelter: (nu = 0.023re^{0.8} pr^n) ، حيث (nu = \ frac {hd} {k}) هو رقم nusselt ، (re = \ frac {\ rho vd} {\ mu}) (pr = \ frac {\ mu c_p} {k}) هو رقم prandtl ، (د) هو قطر الأنبوب ، (\ rho) هو كثافة السائل ، (c_p) هي سرعة التسخين المحددة للسوائل ، ( = 0.3) للتبريد.

2. حساب إجمالي مساحة نقل الحرارة (أ)

يشمل إجمالي مساحة نقل الحرارة في مبادل حراري من نوع الزعنفة مساحة الأنابيب ومنطقة الزعانف. يمكن حساب مساحة الأنابيب على أنها (a_t = \ pi d_il) للمساحة السطحية الداخلية و (a_o = \ pi d_ol) للمساحة السطحية الخارجية ، حيث (d_i) و (d_o) هي الأقطار الداخلية والخارجية للأنابيب و (l) هي طول الأنابيب.

يمكن حساب مساحة الزعانف بناءً على هندستها. على سبيل المثال ، بالنسبة للزعانف المستطيلة ، تكون مساحة الزعنفة الواحدة (A_F = 2L_FW_F+2T_FL_F) ، حيث (L_F) هو طول الزعنفة ، (W_F) هو عرض الزعنفة ، و (T_F) هو سمك الزعنفة. إجمالي مساحة الزعنفة هي منطقة زعنفة واحدة مضروبة في عدد الزعانف.

3. العثور على السجل - متوسط ​​اختلاف درجة الحرارة ((\ delta t_ {lm})))

يستخدم السجل - متوسط ​​اختلاف درجة الحرارة لحساب حقيقة أن الفرق في درجة الحرارة بين السوائل الساخنة والباردة يتغير على طول المبادل الحراري. يتم حسابه باستخدام الصيغة (\ delta t_ {lm} = \ frac {\ delta t_1- \ delta t_2} {\ ln (\ frac {\ delta t_1} {\ delta t_2})} ، حيث (\ delta t_1) نهايات المبادل الحراري.

اعتبارات خاصة

هناك بعض الأشياء الأخرى التي يجب وضعها في الاعتبار عند حساب معدل نقل الحرارة لمبادل الحرارة من نوع الزعنفة.

• كفاءة الزعنفة: الزعانف ليست فعالة بنسبة 100 ٪ في نقل الحرارة. تأخذ كفاءة الزعنفة ((\ eta_f)) في الاعتبار حقيقة أن درجة الحرارة على طول الزعنفة تنخفض من قاعدة الزعنفة إلى الحافة. يمكن حساب كفاءة الزعنفة باستخدام الطرق التحليلية أو العددية اعتمادًا على هندسة FIN. منطقة الزعنفة الفعالة هي (a_ {fe} = \ eta_fa_f).
• تلوث: بمرور الوقت ، يمكن للودائع أن تتراكم على أسطح المبادل الحراري ، مما يزيد من مقاومة نقل الحرارة. وهذا ما يسمى قاذورات. كما ذكرنا سابقًا ، يتم تضمين المقاومة القذرة (R_FI) و (R_FO) في حساب معامل نقل الحرارة الكلي.

التطبيقات العالمية الحقيقية

يتم استخدام مبادلات الحرارة من نوع الزعنفة في مجموعة واسعة من التطبيقات. على سبيل المثال،SRL المبرد الصناعيهو نوع من المبادل الحراري من نوع الزعنفة المستخدمة عادة في البيئات الصناعية لتبريد السوائل.مبادل حراري مبرد بالهواءهو مثال آخر ، والذي يستخدم الهواء كوسيط تبريد.

في هذه التطبيقات ، يعد حساب معدل نقل الحرارة بدقة أمرًا ضروريًا للتصميم والتشغيل المناسب. على سبيل المثال ، في عملية صناعية ، إذا تم إخفاء معدل نقل الحرارة ، فقد لا يكون الجهاز قادرًا على تبريد السائل إلى درجة الحرارة المطلوبة ، مما يؤدي إلى عدم الكفاءة أو حتى أضرار معدات العملية.

الاختتام والتواصل

يمكن أن يبدو حساب معدل نقل الحرارة لمبادل الحرارة من نوع الزعنفة معقدًا ، ولكن من خلال فهم المبادئ الأساسية لنقل الحرارة واستخدام المعادلات الصحيحة ، يصبح قابلاً للإدارة. كمورد للمبادلات الحرارية من نوع الزعنفة ، لدينا الخبرة والخبرة لمساعدتك في هذه الحسابات والتأكد من حصولك على المبادل الحراري المناسب لاحتياجاتك.

إذا كنت في السوق من أجل مبادل حراري من نوع الزعنفة أو تحتاج إلى مزيد من المعلومات حول حسابات نقل الحرارة ، فلا تتردد في التواصل. نحن هنا لمساعدتك في اتخاذ الخيار الأفضل لتطبيقك. لنبدأ محادثة ونرى كيف يمكننا العمل معًا لتلبية متطلبات نقل الحرارة.

مراجع

• Guntropera ، FP ، & Dewitt ، DP (2002). أساسيات الحرارة ونقل الكتلة. جون وايلي وأولاده.
• هولمان ، JP (2002). نقل الحرارة. ماكجرو - هيل.