Hőátvitel és hőcserélők

Az előadások a következő témára: "Hőátvitel és hőcserélők"— Előadás másolata:

1 Hőátvitel és hőcserélők
Műszaki hőtan II. Hőátvitel és hőcserélők

2 Hőátvitel A hőátvitel jelensége és leírása A hőátviteli tényező

3 Hőátvitel - síkfal A hőátvitel fizikai és hőellenálláshálózatos modellje 𝑡 ∞,1 𝑡 𝑄 𝑥 = 𝑡 ∞,1 − 𝑡 ∞,2 𝑅 𝑡𝑜𝑡 𝑡 𝑤,1 𝛼 2 𝑡 𝑤,2 𝛼 1 𝑅 𝑡𝑜𝑡 = 1 𝛼 1 ∙𝐴 + 𝛿 𝜆∙𝐴 + 1 𝛼 2 ∙𝐴 = 𝑅 ∗ 𝑡𝑜𝑡 ∙ 1 𝐴 𝜆 𝑡 ∞,2 𝜆 𝛼 1 𝜆 𝛼 2 𝛿 𝑈= 1 𝑅 ∗ 𝑡𝑜𝑡 𝑈∙𝐴= 1 𝑅 𝑡𝑜𝑡 síkfalra A=áll 𝑥 𝑡 ∞,1 𝑡 𝑤,1 𝑡 𝑤,2 𝑡 ∞,2 𝑄 𝑥 =𝑈∙𝐴∙( 𝑡 ∞,1 − 𝑡 ∞,2 ) 𝑄 𝑥 𝑅 𝑘,1 = 1 𝛼 1 ∙𝐴 𝑅 𝑣 = 𝛿 𝜆∙𝐴 𝑅 𝑘,1 = 1 𝛼 2 ∙𝐴 𝑈<MIN( 𝛼 1 , 𝜆 𝛿 , 𝛼 2 )

4 Hőátvitel „javítása” A hőátadási tényezők hatása a hőátvitelre: ha
𝑅 𝑣 = 𝛿 𝜆 ≅0 𝑈<MIN( 𝛼 1 , 𝛼 2 )

5 Szennyeződés hatása egyre „látványosabb”
Hőátvitel Szennyeződés (lerakódás) hatása a hőátvitelre 𝑈 0 =1 lerakódások nélkül: 𝑈 0 = 𝛼 𝛼 2 Szennyeződés hatása egyre „látványosabb” lerakódással: 𝑈= 𝛼 𝛼 2 + 𝛿 𝜆 = 𝑈 0 + 𝛿 𝜆

6 közepes hőátvivő felület
Hőátvitel - henger 𝑈∙𝐴= 𝛼 1 ∙ 𝐴 1 + 𝑖 𝑅 𝑣,𝑖 𝛼 2 ∙ 𝐴 2 közepes hőátvivő felület 𝑡 ∞,1 𝑡 𝑤,1 𝑡 𝑤,2 𝑡 ∞,2 𝐴≠𝐴 1 𝐴≠𝐴 2 𝑄 𝑥 de: 𝑅 𝑣 = ln⁡( 𝑟 2 𝑟 1 ) 2𝜋𝜆𝐿 𝑅 𝑘,1 = 1 𝛼 1 ∙ 𝐴 1 𝑅 𝑘,1 = 1 𝛼 2 ∙ 𝐴 2 𝑈 1 ∙ 𝐴 1 = 𝑈 2 ∙ 𝐴 2 𝑈≠𝑈 1 ≠ 𝑈 2

7 Hőátvitel – (emlékeztető)
Kritikus szigetelési méret (hengeres cső)

8 Hőátvitel – bordázott felület
𝜆 𝑡 ∞,2 , 𝛼 0 𝑡 ∞,1 , 𝛼 1 𝑡 𝑤 Bordák: 𝜂 𝑏 , 𝐴 𝑏 , 𝛼 𝑏 Hőáram a bordázott oldalon: 𝑄 = (𝑡 𝑤 − 𝑡 ∞,2 )∙( 𝛼 0 ∙𝐴 0 + 𝛼 𝑏 ∙𝜂 𝑏 ∙ 𝐴 𝑏 ) 𝛼= 𝛼 0 = 𝛼 𝑏 𝑄 = (𝑡 𝑤 − 𝑡 ∞,2 )∙𝛼∙( 𝐴 0 + 𝜂 𝑏 ∙ 𝐴 𝑏 ) 𝐴 𝑒 bordázatlan szabad felület: 𝐴 0 Ha mindkét oldalon bordázott (ritka eset): 1 𝑈∙𝐴 = 1 𝛼 0,1 ∙𝐴 0,1 + 𝛼 𝑏,1 ∙𝜂 𝑏,1 ∙ 𝐴 𝑏,1 + 𝑖 𝑅 𝑣,𝑖 𝛼 0,2 ∙𝐴 0,2 + 𝛼 𝑏,2 ∙𝜂 𝑏,2 ∙ 𝐴 𝑏,2

9 Hőcserélők Típusok Méretezés

10 Közegek egymással való érintkezése Közegek áramlási iránya
Hőcserélők Közegek egymással való érintkezése Közvetlen v. „keverő” (egy térben, azonos időben a két közeg) Közvetett v. felületi Időbeliség Rekuperatív (külön térben, azonos időben a két közeg) Regeneratív (azonos térben, eltérő időben a két közeg) -töltetes, forgó betétes Közegek áramlási iránya Paralell Keresztáramlású irányultság Keveredés egyenáramú ellenáramú Önmagával keveredő (egyik / mindkét közeg) nem keveredő

11 Csoportosítás, tulajdonságok
Fajlagos felületnagyság A/V > 700 m2/m3  KOMPAKT A/V ≤ 700 m2/m3  NORMÁL (autó hűtő: ~6000 m2/m3, emberi tüdő ~ m2/m3 Időbeliség / Térbeliség azonos tér, eltérő idő: regeneratív külön tér, azonos idő: rekuperatív Áramlási irány parallel áramlású (egyen/ellen) keresztáramlású (keveredő/részlegesen keveredő/nem keveredő)

12 Hőcserélők Hőcserélők típusai Felületi - Regeneratív
Felületi - Rekuperatív

13 Típusok Cső a csőben, csőköteges-köpenycsöves (shell and tube)

14 Típusok Köpenycsöves

15 Típusok A vér-víz hőcserélő

16 Típusok Kompakt hőcserélő - autóhűtő

17 Típusok Kompakt hőcserélő - lemezes

18 Típusok Kompakt hőcserélő - spirális

19 Lemezes hőcserélő http://www.youtube.com/watch?v=mprUo-xoMxM

20 Hőcserélők Felületi rekuperatív hőcserélők (funkcionális) alaptípusai
~6000 m2/m3

21 Hőcserélők – Jellemző mennyiségek
𝑄 = 𝑐 ∙𝑚∙ 𝑡 𝑏𝑒 − 𝑡 𝑘𝑖 = 𝐶 ∙∆𝑡 𝐶 , hőkapacitás áram [k/W] 𝑄 ℎ𝑖𝑑𝑒𝑔 = 𝑄 𝑚𝑒𝑙𝑒𝑔 𝐶 ℎ𝑖𝑑𝑒𝑔 ∙ ∆𝑡 ℎ𝑖𝑑𝑒𝑔 = 𝐶 𝑚𝑒𝑙𝑒𝑔 ∙ ∆𝑡 𝑚𝑒𝑙𝑒𝑔 𝑄 =𝑈∙𝐴∙ ΔTln ΔTln = ΔTmax−ΔTm𝑖𝑛 ln( ΔTmax ΔTm𝑖𝑛 )

22 Hőcserélők - Jellemző mennyiségek
Bošnjaković-féle hatásosság Φ=𝑓 𝑁𝑇𝑈, 𝑅 𝑐 = 𝑡é𝑛𝑦𝑙𝑒𝑔𝑒𝑠 á𝑡𝑣𝑖𝑡𝑡 ℎőá𝑟𝑎𝑚 ( 𝑄 ) 𝑒𝑙𝑣𝑖𝑙𝑒𝑔 á𝑡𝑣𝑖ℎ𝑒𝑡ő 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚á𝑙𝑖𝑠 ℎőá𝑟𝑎𝑚 ( 𝑄 max⁡ ) = Δ𝑡 𝐶 𝑚𝑖𝑛 𝑡 𝑏𝑒,1 − 𝑡 𝑏𝑒,2 𝑁𝑇𝑈= 𝑈∙𝐴 𝐶 𝑚𝑖𝑛 [-] 𝑅 𝑐 = 𝐶 𝑚𝑖𝑛 𝐶 𝑚𝑎𝑥 [-]

23 Hőcserélők - Méretezés
Módszer: felületnagyság (A) és log. Közepes hőm. különbség ( ΔTln ) alapján Módszer: hatásosság (Φ) átviteli hányados alapján (NTU)

24 Hőcserélő matematikai modelljei Figyeljük a táblát!
Hőcserélők Hőcserélő matematikai modelljei Figyeljük a táblát!

25 Hőcserélők Hőcserélők összehasonlítása (felületnagyság alapján)

26 Hőcserélők Hőcsere különleges esetei 𝐶 𝑚𝑒𝑙𝑒𝑔 ≫ 𝐶 ℎ𝑖𝑑𝑒𝑔
𝐶 𝑚𝑒𝑙𝑒𝑔 ≫ 𝐶 ℎ𝑖𝑑𝑒𝑔 𝐶 𝑚𝑒𝑙𝑒𝑔 ≪ 𝐶 ℎ𝑖𝑑𝑒𝑔 vagy ( 𝐶 𝑚𝑒𝑙𝑒𝑔 →∞) ( 𝐶 ℎ𝑖𝑑𝑒𝑔 →∞) 𝐶 𝑚𝑖𝑛 = 𝐶 𝑚𝑎𝑥