핀 튜브 열교환기의 열전달 효율 테스트

열교환기는 두 개 이상의 유체 사이에 열을 전달합니다. 교환기는 열을 제공하는 반대 스트림과 별도의 공간에서 흐르는 유체 종을 사용합니다. 지느러미는 유동 지역에 첨가하여 더 많은 열 전달을 용이하게 할 수 있으며, 이 경우 전달에 사용할 수 있는 표면적을 증가시다. 추가된 지느러미는 종들이 흐르는 영역을 감소시키고 경계 층이 형성할 수 있는 더 많은 표면을 제공하므로 흐름이 덜 흐림합니다. 흐름이 덜 흐림, 더 큰 경계 레이어가있을 것이다. 경계 층은 열 전달을 억제하므로 난류 흐름이 적어 열이 덜 전달됩니다. 경계 층이 라미나르인 경우 혼합이 거의 없습니다.

열이 흐를 수 있는 영역과 열 전달 계수 사이의 관계는 전달된 총 열을 계산하는 데 사용됩니다. 이 관계는 방정식 1을 통해 계산됩니다.

(1)

여기서 Q는 열 전달(Btu/hr), U는 전체 열 전달 계수, A는 열이 전달되는 영역(ft^2),ΔT_LM은 로그와트 평균 온도 차이이다.

전체 열 전달 계수 방정식은 다음과 같은 것입니다.

(2)

여기서_b는 베어 내부 파이프의 표면적,_{A F는} 지느러미의 표면적이며,_LM은 로그와트측면적 차이이며, A는 파이프의 표면적(o = 외부, i = 내부), Δx 두께파이프의 열전도도, h= 개별 열전달 계수이다. (o=외부, i=내부)

Wilson 플롯 방법은 실험 데이터를 사용하여 MEG 흐름의 일반적인 에너지 균형에서 U_oAO를 찾고 내부 파이프의 1/Re^0.8로 상호 계수를 플롯합니다. 직선을 피팅하고 열 전달 계수와 관련된 y-intercept를 찾아 위의 방정식의 오른쪽에 있는 처음 두 용어에 기재된다. 전형적인 세로 직사각형 프로파일 핀 효율 방정식은 객관적인 함수의 제곱합계를 최소화하여 열 전달 계수 및 지느러미 효율을 해결하기 위한 제2 방정식으로 사용된다. 이 방법은 다양한 물 유량의 MEG 유량 조건에 적용됩니다.

열 전달 계수를 계산하기 위해 레이놀즈 번호가 사용되며, 이는 다음 방정식에 의해 제공됩니다.

(3)

G가 유체 흐름의 질량 속도인 경우, D는 유체가 흐르는 파이프의 직경(D_eq,동일한 직경은 지느러미로 계산을 위해 D를 대체함)이며 μ 유체의 점도입니다. 세로 직사각형 프로파일 지느러미에 대한 핀 효율 방정식은 다음과 입니다.

(4)

여기서 m은 √(2h/kt)이고, h는 열전달 계수이고, k는 파이프의 열전도도, t는 지느러미의 두께이며, b는 지느러미의 높이이다.

지느러미 튜브 열교환기는 난류흐름(도 2)에도달하지 않았다. 지느러미는 라미나르 및 난류 흐름 이론을 통해 알려진 경계 층이 형성하는 추가 표면을 제공합니다. 유체가 충분한 속도에 있지 않으면 유체가 난기류에 도달하지 않습니다. 지느러미 사이의 경계 층은 라미나르 영역에서 겹치므로 유체는 라미나르로 유지됩니다.

그림 2: 각 설정에 대한 레이놀즈 번호입니다.

전송된 열량, Q, MEG의 다른 유량에 지느러미가 없는 튜브에서(도3)를비교하였다. 결과는 지느러미 튜브가 동일한 작동 조건에서 지느러미없이 튜브보다 더 많은 열을 전송하는 것으로 나타났습니다. 이 실험에서, 지느러미는 명확하게 열 전달을 향상. 이는 표면적이 클수록 열 전달이 더 효과적이기 때문입니다. 핀 튜브 열교환기는 더 많은 열을 옮겼다(그림3),낮은 레이놀즈 수에도 불구하고(도 2).

그림 3: 각 유량의 지느러미가 있고 없는 교환기 간에 열이 전달됩니다.

열교환기는 농업, 화학 생산 및 HVAC를 포함한 다양한 산업에서 사용됩니다. 이 실험의 목표는 지느러미 튜브 열교환기의 열 전달 효율을 테스트하고 지느러미가없는 열 교환기의 이론적 효율성과 비교하는 것이었습니다. 실험 데이터는 사용되는 각 MEG 유량에 대해 모노에틸렌 글리콜(MEG)의 3가지 유량과 2개의 고유한 유량에 대해 측정하였다. Reynold의 숫자는 지느러미와 유동을 위해 결정되었으며 각 고유 평가판 실행에 대한 열 전달 계수, 표면적 및 지느러미 효율을 계산하는 데 사용되었습니다. 이 데이터는 지느러미 없이 난류 흐름이 가능한지, 어떤 평가판 조건 집합이 가장 많은 열 전달이 발생하는지 평가하는 데 사용되었습니다. 지느러미 튜브는 난류 흐름에 도달하지 못했습니다. 그 결과 열교환기를 통한 MEG의 흐름이 난기류에 도달하지 않기 때문에 핀 튜브가 동일한 작동 조건에서 지느러미가 없는 튜브보다 더 많은 열을 전달하는 것으로 나타났습니다.

농업 산업에서 열 교환기는 설탕과 에탄올^2의가공에 사용됩니다. 이 두 제품 모두 주스로 가공되며, 2를 더 가열하려면 가열해야^합니다. 열 교환기는 해명^2를위해 주스를 가열하는 데 사용됩니다. 주스가 시럽으로 가공되면 교환기와의 추가 가열이 필요하여 처리를 계속하고 당밀^2를형성해야합니다. 당밀은 열 교환기를 사용하여 냉각되며, 그 후에는 나중에 처리^2를위해 보관할 수 있습니다.

HVAC로 알려진 난방, 환기 및 에어컨 시스템은 모두 열 교환기^3을사용합니다. 가정용 에어컨 및 난방 장치는 열 교환기^3을사용합니다. 더 큰 환경에서, 화학 공장, 병원 및 운송 센터는 모두 훨씬 더 큰 규모^3에유사한 열 교환기 HVAC를 사용합니다. 화학 산업에서 열 교환기는 다양한 공정을 가열 및 냉각하는 데 사용됩니다^4. 발효, 증류 및 조각화는 모두 열 교환기^4를사용합니다. 정류 및 정화와 같은 더 많은 프로세스에는 열 교환기^4가필요합니다.