TÁMOP-4.1.1.F-14/1/KONV-015-0006 Hőtani műveletek HŐCSERE
HŐÁTBOCSÁTÁS t mk t hb t 1f tf 1 t mb t hb
k A LOGARITMIKUS HŐMÉRSÉKLET KÜLÖNBSÉG t köz t köz t 1 ln t t t 1
LOGARITMIKUS HŐMÉRSÉKLET KÜLÖNBSÉG t mb t 1 =t mb - t hb t hb t mk t =t mk - t hk t hk A
LOGARITMIKUS HŐMÉRSÉKLET KÜLÖNBSÉG t mb t =t mb - t hk t hk t mk t 1 =t mk - t hb thb A
HALMAZÁLLAPVÁLTOZÁSSAL JÁRÓ HŐCSERE
PÉLDA Egy fémből készült, folyadék-folyadék hőcserélő esetében a cső átmérője: 34x mm. b =130 [Wm - K -1 ] és k =987 [Wm - K -1 ] számítsuk ki k értékét a külső oldali csőfelületre vonatkoztatva (k 0 ) elhanyagolva a fémfal hőellenállását.
K m W A A b b k b b k b 0 1085 34 30 130 34 30 K m W k k k k k b k 517 987 1 1085 1 1 ) ( 1 1 K m W k akkor A k A k véve figyelembe b k k b b 586 30 34 517 : :
HŐCSERE FORRÁS ILL. KONDENZÁCIÓ ESETÉN t ( o C) Telített Kondenzálódó gőzt termelő, gőzzel ún. fűtött t mb ( o C) forraló felületi felületi hőcserélő. hőcserélő. t m =áll ( o C) t mk ( o C) t hk ( o C) t hb ( o C) A=0 t h =áll ( o C) A=A A (m )
PROBLÉMÁK A LOG, KÖZEPES HŐMÉRSÉKLET- KÜLÖNBSÉG GEL KAPCSOLATBAN A párhuzamos egyen- és ellenáramú alaptípusoktól eltérő készülékek esetében az esetek többségében vagy nem határozható meg, vagy annyira bonyolult, hogy szokványos számításokhoz használhatatlan. Adott hőcserélőbe bevezetett közegek kilépőhőfokainak meghatározására alkalmatlan. A megoldás: A hatásosság-függvény. A korrekciós tényező.
A BOSNJAKOVICS-FÉLE DIAGRAMMOK Üzemviteli Tervezési feladat: keresett a a kilépő hőmérséklet szükséges a hőcserélőfelület a a belépő hőmérsékletek, a vízértékáramok és a hőátviteli tényező tényező ismeretében
t t k k, ell A logaritmikus közepes hőfokkülönbség korrekciós tényezője, ε 1 Bonyolult áramlási rendszerű hőcserélők esetében a Bosnjakovics-féle módszer nem alkalmazható!
CSŐKÖTEGES KÖPENYES HŐCSERÉLŐK
CSŐKÖTEGES KÖPENYES HŐCSERÉLŐK
LEMEZES HŐCSERÉLŐK Folyadékok közötti hőcseréhez: Gyakorlatilag ellenáramúak. Jó hőátadási és így jó hővezetési tényezők. Azonos elemekből felépíthető tetszés szerinti méret.
LEMEZES HŐCSERÉLŐK
PÉLDA A levegő 64 db 48,4x,6 mm átmérőjű, 1,8 m hosszú acélcsőben áramlik. Mekkora a hőátadási tényező és mennyi levegő melegíthető fel, ha a légáramlást a turbulencia alsó határán tartjuk? A levegő hővezetési tényezője 0,0358 W/(mK), fajhője 1,015 kj/(kgk), sűrűsége: 0,8343 kg/m3, kinematikai viszkozitása: 6,39. 10-6 m /s. Ha 0,5 Pr 1,5 akkor Nu=0,014(Re0,8-100)Pr0,4(1+d/l)/3, ha Pr1,5 akkor Nu=0,04Re0,75Pr0,75. A turbulencia alsó határa esetén Re= 10000 A cső belső átmérője db=48,4-(x,6)=43, mm=0,043 m
Re v Re 10000 6, 39 10 d 0, 043 6, 1 m/ s 0, 043 qm v A 6, 1 64 0, 8343 0, 477 kg / s 4 Pr Nu Nu d v c p 6 1015 6, 39 10 0, 8343 0, 0358 d l 0, 014 Re 100 Pr 1 / 0, 8 0, 4 / 3 0, 64 0, 014 10000 100 0, 64 1 0, 043 / 1, 8 6, 73 Nu l 6, 73 0, 0358 0, 043 6 0, 8 0, 4 / 3, 15 W / m K
PÉLDA Mekkora hőáram szükséges egy 0,7 m hosszú, 6, mm átmérőjű vízszintes, egyenes csőben történő hőkezelés esetében a 0 o C-os, 0,8 m/s sebességgel áramló olajos tápközeg 60 o C-ra történő felmelegítéséhez? A tápközeg fizikai tulajdonságai: fajhője 4,178 kj/(kgk), viszkozitása 0,733. 10-3 Pas, hővezetési tényezője 0,645 W/(mK), sűrűsége 990,7 kg/m 3. (Nu= 0,03 Re 0,8 Pr 0,4 )
Re Pr Nu A t d v c p 0, 06 0, 8 990, 7 0, 73310 4178 0, 73310 0, 645 0, 8 0, 4 0, 8 0, 4 0, 03 Re Pr 0, 03 6754 4, 9 316, Nu l 316, 0, 645 0, 06 A d l 0, 06 0, 7 0, 137 m 3174, 71 0, 137 60 0 17397, 4 W 17, 4 3 3 4, 9 6754 3174, 71 W / m K kw
PÉLDA Mekkora a hőátadási tényező egy 3 m hosszú, 50 mm belső átmérőjű, vízszintes csőben történő áramlás esetében, ha a közeg hőmérséklete 50 o C, a csőfal hőmérséklete: 90 o C? A közeg jellemzői: hővezetési tényező 0,64 W/mK, kinematikai viszkozitás 5,56. 10-7 m/s, hőfokvezetési tényező 1,555. 10-7 m/s, sűrűség 1000 kg/m3. A közeg 0,8 m/s sebességgel áramlik. Nu= 0,03Re 0,8 Pr 0,4
K m W l Nu Nu a v d 0,4 0,8 4 0,4 0,8 7 7 4 7 / 3763,5 0,05 0,64 94 94 3,57 10 7, 0,03 Pr Re 0,03 3,57 10 1,555 10 5,56 Pr 10 7, 10 5,56 0,8 0,05 Re
PÉLDA Ecetes fermentációs végtermékből 30 mm átmérőjű csövekből álló csőköteges hőcserélő csöveiben óránként 36 m 3 áramlik. Számítsa ki a lére vonatkozó hőátadási tényezőt, ha a közepes hőmérséklete 50 o C, sűrsége 1630 kg/m 3, viszkozitása: 7. 10-4 Pas, hővezetési tényezője: 0,105 W/(mK), fajhője 0,887 kj/(kgk). (A hőcserélőben egyszerre 60 db csőben áramlik a felöntőlé.) Nu=0,03Re 0,8 Pr 0,4
PÉLDA Számítsa ki a levegő okozta hőveszteséget egy főzőedény falánál, ami egy függőleges henger alakú testnek fogható fel. A test átmérője 0,9 m, magassága 1, m. A fal hőmérséklete 49 o C, a levegőé 17 o C. =1,9. 10-5 Pas, cp=1,01 kj/(kgk), =0,05 W/(mK), =0,003 1/K, =1,1 kg/m 3. Nu=0,13(PrGr) 0,33
Gr Pr Nu g l t 3 c p Nu l Gr 4, 19 W / m K 0, 5 0, 5 18, t 18, 3 4, 8 W / m K A d l 10101, 9 10 0, 05 3 9, 811, 11, 0, 003 49 17 1, 9 10 0, 13 Pr 0, 13 0, 76 6, 0310 0116, 5 0, 33 9 0, 33 0116, 0, 05 1, 0, 9 1, 3, 39 0, 76 A t 4, 8 3, 39 3 464, 7 W m 6, 0310 9 5
HŐCSERE TÍPUSOK Statikus v. direkt hőcsere: hőcsere egy közegen belül játszódik le, eredmény egy fázis (nincs hőátadó fal) Kinetikus v. inderekt hőcse legalább két fázis határfelületén történő hőátmenet, a határfelület mindvégig megmarad.
STATIKUS HŐCSERÉLŐK keverős tartályok barbotőr: direkt gőz bevezetésével működő készülék keverő kondenzátorok barometrikus kondenzátorok: keverős kondenzátor alá ejtőcső (1 m) vízoszlop ellensúlyozza a barometrikus nyomást.
KINETIKUS HŐCSERÉLŐ TÍPUSOK duplikátor/autokláv cső a csőben hőcserélők spirálcsöves hőcserélők csőköteges hőcserélők lemezes hőcserélő kapart falú hőcserélők
FELÜLETI HŐCSERÉLŐK ALAPEGYENLETEI leadott hőáram : q m h 1 h q m c p t 1 t felvett hőáram : q ' m c ' p t ' t ' 1 q ' m h ' h ' 1 átviteli, hőátbocsátási egyenlet : k At
PÉLDA Csöves hűtőben áramlik a tej. 49 C-ról 18 C-ra kell lehűteni 10 C-os vízzel. Milyen hosszú csövet használjunk? Cső átmérője:,5 cm tömegáram: 0,4 kg/s hőátbocsátási együttható: 900 Wm - K -1 fajhő: 3890 Jkg -1 K -1
? A HŐÁTADÓ FELÜLET??? k A t köz 49 18 48, W cp qm t 38900,4 49 48, 900 A19,6 A,73 m dl 10 t köz 39 8 39 ln 8 19,6 18 L 34,8 m
PÉLDA Mennyi gőz szükséges 50 kg borsóleves 18 C-ról történő melegítésének elindításához? A gőznyomásmérő 100 kpa-t mutat, hőátadó felület: 1 m hőátbocsátási együttható: 300 Wm - K -1 100 kpa +1 bar 10 C fajhő:0 kj/kg
k A t köz r 3001 3,0610 010 10 18 4 3 J s J kg 1,4 10 3,0610 kg s 4 W 50 kg h Ha melegszik a leves, dt csökken, akkor a hőáram is csökkeni fog.
hőcserélő típusok rekuperátorok felületi hőcserélők regenerátorok keverő, direkt hőcserélő duplikátorok csőkígyós készülékek csőköteges hőcserélők bordázott felületű hőcserélők kettőscsöves hőcserélők keverős tartályok barbotörök keverős kondenzátor barometrikus kondenzátor spirállemezes hőcserélők különleges hőcserélők lemezes hőcserélők
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!