MŰSZAKI HŐTAN II. Hőátvitel és hőcserélők Műszaki Hőtan II. (BMEGEENAEHK) K55 205. április
HŐÁTVITEL - SÍKFAL A hőátvitel fizikai és hőellenálláshálózatos modellje t t, α t w, λ t w,2 α 2 t,2 Q x = t, t,2 R tot R tot = α A + δ λ A + α 2 A = R tot A λ α δ λ α 2 x síkfalra U A = U = R tot A=áll R tot Q x q x t, T, tt w, s, t w,2 T s,2 Tt,2,2 L R t,konv, = R A t,vez = R t,konv, 2 = A A 2 R k, = α A R v = δ λ A R k, = α 2 A Q x = U A (t, t,2 ) U < MIN(α, λ δ, α 2) q x = T, T,2 R tot Műszaki Hőtan II. (BMEGEENAEHK) K55 205. április 2
HŐÁTVITEL JAVÍTÁSA A hőátadási tényezők hatása a hőátvitelre: ha R v = δ λ 0 0 9 8 7 6 5 4 3 2 0-3 3 U 0 k, W/m 2 K 0 2 4 6 8 0 2 4 6 8 20 20 5 0 5 2 αα 2 U α α W m 2 K 2 U < MIN(α, α 2 ) Műszaki Hőtan II. (BMEGEENAEHK) K55 205. április 3
HŐÁTVITEL Szennyeződés (lerakódás) hatása a hőátvitelre lerakódások nélkül: U 0 = α + α 2 U U lerakódással: U = α + α + δ 2 λ 0 δ U0 λ = U 0 + δ λ 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0. 0 UU k/ k 0 Szennyeződés hatása egyre látványosabb 0 0 20 30 40 50 60 70 80 90 00 m 2 K/W ku 0 0 = 00 500 2.000 5.000 000 0.000 Műszaki Hőtan II. (BMEGEENAEHK) K55 205. április 4
HŐÁTVITEL - HENGER Meleg közeg T f,2, 2 T s, Tr () T s, T s,2 Hideg közeg T f,, r T s,2 r 2 hőellenállás-hálózatos modell Tt, f, tt w, s, tt w,2 s,2 tt,2 f,2 q r Q x In(r 2 /r ) R k, = R R k, = 2 α r AL v = ln (r 2 r ) 2 2πλL Lk 2 2 r 2 Lα 2 A 2 L r r 2 r hőfokeloszlás a falban U A = α A + i R v,i + α 2 A 2 közepes hőátvivő felület A A A A 2 de: U A = U 2 A 2 U U U 2 Műszaki Hőtan II. (BMEGEENAEHK) K55 205. április 5
HŐÁTVITEL (EMLÉKEZTETŐ) Kritikus szigetelési méret (hengeres cső) R L R d k ln 2 szig d b kdk L d 2 2 k szigdk kd k 0.30 0.25 0.20 W, R k m K, k 0 W m 2 K 0. 20 W m K 0.5 dkr 2 0.0 0.05 20 40 60 80 00 20 40 d 0 0 k, mm 60 80 200 Műszaki Hőtan II. (BMEGEENAEHK) K55 205. április 6
HŐÁTVITEL BORDÁZOTT FELÜLET t,, α 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 ) λ α = α 0 = α b t w t,2, α 0 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): U A = α 0, A 0, +α b, η b, A + b, i R v,i + α 0,2 A 0,2 +α b,2 η b,2 A b,2 Műszaki Hőtan II. (BMEGEENAEHK) K55 205. április 7
HŐCSERÉLŐK Közvetlen v. keverő (egy térben, azonos időben a két közeg) Keresztáramlású Közegek egymással való érintkezése Rekuperatív (külön térben, azonos időben a két közeg) Közegek áramlási iránya Közvetett v. felületi Időbeliség Paralell Regeneratív (azonos térben, eltérő időben a két közeg) -töltetes, forgó betétes Keveredés irányultság Önmagával keveredő nem keveredő egyenáramú ellenáramú (egyik / mindkét közeg) Műszaki Hőtan II. (BMEGEENAEHK) K55 205. április 8
HŐCSERÉLŐK CSOPORTOSÍTÁS, TULAJDONSÁGOK Fajlagos felületnagyság A/V > 700 m 2 /m 3 KOMPAKT A/V 700 m 2 /m 3 NORMÁL (autó hűtő: ~6000 m 2 /m 3, emberi tüdő ~20.000 m 2 /m 3 Időbeliség / Térbeliség azonos tér, eltérő idő: regeneratív külön tér, azonos idő: rekuperatív Áramlási irány parallel áramlású (egyen/ellen) keresztáramlású (keveredő/részlegesen keveredő/nem keveredő) Műszaki Hőtan II. (BMEGEENAEHK) K55 205. április 9
HŐCSERÉLŐK TÍPUSAI http://www.youtube.co m/watch?v=jdsnorgt7zy Felületi - Regeneratív Felületi - Rekuperatív Műszaki Hőtan II. (BMEGEENAEHK) K55 205. április 0
HŐCSERÉLŐK TÍPUSAI CSŐ A CSŐBEN, CSŐKÖTEGES-KÖPENYCSÖVES (shell and tube) http://www.youtube.com/watch?v=hxhb3k0vh2g Műszaki Hőtan II. (BMEGEENAEHK) K55 205. április
HŐCSERÉLŐK TÍPUSAI KÖPENYCSÖVES (SHELL TUBE) http://www.youtube.com/watch?v=lsfrqgm4-lc Műszaki Hőtan II. (BMEGEENAEHK) K55 205. április 2
HŐCSERÉLŐK TÍPUSAI KÖPENYCSÖVES A vér-víz hőcserélő Műszaki Hőtan II. (BMEGEENAEHK) K55 205. április 3
HŐCSERÉLŐK TÍPUSAI KOMPAKT HŐCSERÉLŐ - AUTÓHŰTŐ Műszaki Hőtan II. (BMEGEENAEHK) K55 205. április 4
HŐCSERÉLŐK TÍPUSAI KOMPAKT HŐCSERÉLŐ - LEMEZES http://www.youtube.com/watch?v=l3pd5qen024 Műszaki Hőtan II. (BMEGEENAEHK) K55 205. április 5
HŐCSERÉLŐK TÍPUSAI KOMPAKT HŐCSERÉLŐ - SPIRÁLIS http://www.youtube.com/watch?v=r59_hcltlx8 Műszaki Hőtan II. (BMEGEENAEHK) K55 205. április 6
LEMEZES HŐCSERÉLŐ http://www.youtube.com/watch?v=mpruo-xomxm http://www.youtube.com/watch?v=osrj5s_hnha Műszaki Hőtan II. (BMEGEENAEHK) K55 205. április 7
HŐCSERÉLŐK - FELÜLETI REKUPERATÍV HŐCSERÉLŐK (FUNKCIONÁLIS) ALAPTÍPUSAI egyenáramú ~6000 m 2 /m 3 ellenáramú keresztáramú csőoldal kilépés köpenyoldal belépés terelőlemezek Cross?ow csőköteges-köpenycsőves köpenyo. kilépés csőoldal belépés Tube?ow keresztáramú Műszaki Hőtan II. (BMEGEENAEHK) K55 205. április 8
HŐCSERÉLŐK JELLEMZŐ MENNYISÉGEK Q = c m t be t ki = C t C, hőkapacitás áram [W/K] Q hideg = Q meleg Chideg t hideg = Cmeleg t meleg Q = U A Δt ln Δt ln = Δt max Δt min ln( Δt max Δt min ) Φ = Δt C min t be,meleg t be,hideg NTU = U A Cmin = U A C R c = C min Cmax = C C2 Műszaki Hőtan II. (BMEGEENAEHK) K55 205. április 9
HŐCSERÉLŐK HŐMÉRSÉKLET VISZONYOK (Δt max ) Δt A (Δt min ) (Δt max ) da A da Δt A (Δt min ) A Δt A = Δt 0 e βua = Δt max e NTU(+R c) Tábla! Műszaki Hőtan II. (BMEGEENAEHK) K55 205. április 20
HŐCSERÉLŐK MÉRETEZÉS. - felületnagyság (A) és logaritmikus közepes hőm. különbség (ΔT ln ) Q = U A Δt ln Δt ln = Δt max Δt min ln( Δt max Δt min ) Tábla! Műszaki Hőtan II. (BMEGEENAEHK) K55 205. április 2
HŐCSERÉLŐK MÉRETEZÉS 2. hatásosság (Φ) - hatásosság (Φ) és átviteli hányados (NTU) Bošnjaković-féle hatásosság: Φ = f NTU, R c = tényleges átvitt hőáram (Q ) elvileg átvihető maximális hőáram (Q max ) = Δt C min t be, t be,2 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 R C =0 R C =0,2 R C =0,4 R C =0,5 R C =0,6 R C =0,8 R C =,0 NTU = U A Cmin R c = C min Cmax [-] [-] 0,3 0,2 0, 0 0 2 3 4 5 átviteli hányados (NTU) egyenáramú Műszaki Hőtan II. (BMEGEENAEHK) K55 205. április 22
HŐCSERÉLŐK Hőcserélők összehasonlítása (felületnagyság alapján) Relatív hőátadási felület 4 3 egyenáram keresztáram 2 ellenáram 0 0 20 30 40 50 60 70 80 90 Hőmérséklet változás a belépő hőmérséklet különbség %-ában Műszaki Hőtan II. (BMEGEENAEHK) K55 205. április 23
HŐCSERÉLŐK - HŐCSERE KÜLÖNLEGES ESETEI Cmeleg W h >> W Chider Cmeleg c W h << W Chider c vagy vagy vagy kondenzálódó elgőzölgő gőz (Cmeleg (W h ) ) foly. (Chideg (W c ) ) W c = W h Cmin = Cmax T T T T = T 2 x 2 x 2 x 2 Műszaki Hőtan II. (BMEGEENAEHK) K55 205. április 24