تأثیر قطر لوله در انتقال حرارت در یک پوسته و گاز لوله چیست؟

گاز پوسته پوسته و لوله یک قطعه مهم از تجهیزات در فرآیندهای مختلف صنعتی ، به ویژه در سیستم های گازرسانی است که انتقال حرارت کارآمد از اهمیت بالایی برخوردار است. من به عنوان تأمین کننده گازهای گازدار و لوله ، من از دست اول شاهد اهمیت پارامترهای مختلف طراحی در عملکرد کلی این گازسوزان بوده ام. یکی از این پارامترها که تأثیر عمیقی در انتقال حرارت دارد ، قطر لوله است. در این وبلاگ ، تأثیر قطر لوله بر انتقال حرارت در یک پوسته و گاز لوله را بررسی خواهیم کرد.

مبانی انتقال حرارت در گازهای گاز و لوله

قبل از تأثیر قطر لوله ، درک اصول اساسی انتقال حرارت در گازهای گاز پوسته و لوله ضروری است. انتقال حرارت در این سیستم ها به طور معمول از طریق سه مکانیسم اصلی رخ می دهد: هدایت ، همرفت و تابش. انتقال انتقال گرما از طریق یک ماده جامد ، مانند دیواره های لوله موجود در گازرنگ است. همرفت شامل انتقال گرما با حرکت مایعات ، هم در داخل لوله ها (لوله لوله - جانبی) و هم در خارج از لوله ها (مایع پوسته) است. انتقال حرارت اشعه ، اگرچه در اکثر برنامه های گازریزی پوسته و لوله از اهمیت کمتری برخوردار است ، اما هنوز هم می تواند در شرایط خاص در انتقال حرارت کلی نقش داشته باشد.

میزان انتقال حرارت کلی (Q) در یک پوسته و گاز لوله را می توان با معادله زیر توصیف کرد:

[q = u \ times a \ times \ delta t_ {lm}]

جایی که (U) ضریب انتقال حرارت کلی است ، (الف) منطقه انتقال حرارت است و (\ Delta t_ {lm}) اختلاف دما بین مایعات گرم و سرد است.

تأثیر قطر لوله بر ضریب انتقال حرارت

قطر لوله تأثیر قابل توجهی در ضریب انتقال حرارت کلی ((U)) دارد. ضریب انتقال حرارت کلی یک عملکرد پیچیده از ضرایب انتقال حرارت فردی در لوله - سمت ((H_I)) و پوسته ((H_O)) و مقاومت حرارتی دیواره لوله ((R_W)) است.

ضریب انتقال حرارت جانبی

ضریب انتقال حرارت لوله ((H_I)) تحت تأثیر رژیم جریان مایع در داخل لوله ها قرار می گیرد. برای جریان لامینار ((Re <2300)) ، شماره Nusselt ((NU)) تابعی از تعداد Prandtl ((PR)) و هندسه لوله است. با کاهش قطر لوله ، سرعت سیال برای سرعت جریان جرم معین افزایش می یابد. این افزایش سرعت می تواند منجر به انتقال از لامینار به جریان آشفته شود ((دوباره> 4000)). در جریان آشفته ، تعداد نوسلت بیشتر است و ضریب انتقال حرارت ((H_I)) افزایش می یابد.

معادله dittus - boelter برای جریان آشفته در یک لوله صاف توسط:

[nu = 0.023re^{0.8} pr^{n}]

جایی که (0.4 = n) برای گرم کردن و (0.3 = n) برای خنک کننده است. از آنجا که قطر لوله ((d)) به طور معکوس با شماره رینولدز متناسب است (((re = \ frac {\ rho vd} {\ mu})) ، یک قطر لوله کوچکتر منجر به تعداد رینولدز بالاتر و در نتیجه ، یک ضریب انتقال حرارت لوله بالاتر می شود.

ضریب انتقال حرارت جانبی

از طرف پوسته ، قطر لوله نیز در تعیین الگوی جریان و ضریب انتقال حرارت نقش دارد. قطر لوله کوچکتر باعث می شود تعداد بیشتری از لوله ها در قطر پوسته معین بسته بندی شوند. این باعث افزایش تعداد ردیف های لوله ای می شود که مایع سمت آن باید در اطراف جریان یابد ، باعث افزایش تلاطم و افزایش ضریب انتقال حرارت پوسته ((H_O)) شود. با این حال ، اگر قطر لوله خیلی کوچک باشد ، کانال های جریان بین لوله ها ممکن است خیلی باریک شوند و منجر به افزایش افت فشار و کاهش بالقوه کارایی کلی گازرسانی شود.

تأثیر قطر لوله در ناحیه انتقال حرارت

ناحیه انتقال حرارت ((الف)) در یک پوسته پوسته پوسته و لوله به طور مستقیم با قطر لوله ((د)) و طول لوله ها ((l)) و تعداد لوله ها ((n)) مرتبط است. منطقه انتقال حرارت را می توان به این صورت محاسبه کرد:

[a = \ pi dln]

برای قطر پوسته خاص و طول لوله ، قطر لوله کوچکتر امکان نصب تعداد بیشتری لوله را فراهم می کند که به نوبه خود باعث افزایش سطح کل انتقال حرارت می شود. این افزایش در منطقه انتقال حرارت می تواند منجر به افزایش میزان انتقال حرارت کلی شود ، با فرض اینکه ضریب انتقال حرارت کلی و میانگین اختلاف دما ثابت باقی می ماند.

با این حال ، توجه به این نکته حائز اهمیت است که کاهش بیش از حد قطر لوله ممکن است منجر به محدودیت های عملی شود. به عنوان مثال ، لوله های کوچکتر مستعد ابتلا به رسوب هستند که می تواند با گذشت زمان راندمان انتقال حرارت را کاهش دهد. علاوه بر این ، تولید و نگهداری لوله های قطر کوچکتر می تواند چالش برانگیز و پر هزینه تر باشد.

تأثیر قطر لوله بر افت فشار

یکی دیگر از عوامل مهم که باید هنگام ارزیابی تأثیر قطر لوله در انتقال حرارت در نظر بگیرید ، افت فشار است. از طرف لوله ، قطر لوله کوچکتر به سرعت مایعات بالاتر برای سرعت جریان جرم معین منتهی می شود. با توجه به معادله دارسی - ویسباخ برای افت فشار در لوله:

[\ delta p_f = f \ frac {l} {d} \ frac {\ rho v^{2}} {2}]

جایی که (\ delta p_f) افت فشار اصطکاک است ، (f) ضریب اصطکاک است ، (L) طول لوله است ، (د) قطر لوله است ، (\ rho) چگالی سیال است و (v) سرعت سیال است. با کاهش قطر لوله ، افت فشار افزایش می یابد که برای حفظ جریان به قدرت پمپاژ بیشتری نیاز دارد.

از طرف پوسته ، افت فشار نیز تحت تأثیر قطر لوله قرار می گیرد. قطر لوله کوچکتر می تواند به دلیل افزایش تلاطم و کانال های جریان باریک بین لوله ها ، افت فشار جانبی را افزایش دهد.

ملاحظات و برنامه های کاربردی

در طراحی عملی پوسته و لوله لوله ، انتخاب قطر لوله یک تجارت بین راندمان انتقال حرارت ، افت فشار ، مقاومت در برابر رسوب و هزینه های تولید و نگهداری است. برای برنامه هایی که میزان انتقال حرارت زیاد مورد نیاز است و مایع ویسکوزیته کم دارد ، ممکن است قطر لوله های کوچکتر ترجیح داده شود. به عنوان مثال ، در برخی از فرآیندهای شیمیایی که در آن واکنش دهنده ها باید به سرعت گرم یا خنک شوند ، یک پوسته و گاز لوله با لوله های قطر کوچکتر می توانند محلول انتقال حرارت کارآمد تری را فراهم کنند.

با این حال ، برای کاربردهایی که مایع چسبناک باشد یا حاوی ذرات باشد ، قطر لوله بزرگتر ممکن است برای کاهش افت فشار مناسب تر باشد و به حداقل برسد. در مورد گاز زدایی زیست توده ، جایی که ممکن است مواد اولیه حاوی خاکستر و سایر ذرات جامد باشد ، قطر لوله بزرگتر می تواند به جلوگیری از گرفتگی و اطمینان از عملکرد صاف گازرسانی کمک کند.

ما به عنوان یک تأمین کننده پوسته پوسته و لوله ، ما طیف گسترده ای از قطر لوله را برای پاسخگویی به نیازهای متنوع مشتریان ارائه می دهیم. مهندسان ما برای درک نیازهای خاص خود با مشتری همکاری می کنند و یک گازدار را طراحی می کنند که عملکرد انتقال حرارت را بهینه می کند در حالی که تمام عوامل عملی را در نظر می گیرد.

اگر به بخارات هوای محیط ما علاقه دارید ، می توانید ما را کشف کنیدبخار کننده های هوای محیط CO2 مایعبا150BAR (G) تولید کننده بخار هوا هواوتبخار CO2 گرمای هوامحصولات

پایان

قطر لوله تأثیر قابل توجهی در انتقال حرارت در یک پوسته و گاز لوله دارد. این ضریب انتقال حرارت ، منطقه انتقال حرارت و افت فشار را تحت تأثیر قرار می دهد. با انتخاب دقیق قطر لوله ، می توان عملکرد انتقال حرارت از گاز را در حالی که محدودیت های عملی مانند رسوب ، افت فشار و هزینه های تولید را در نظر گرفت ، بهینه سازی کرد.

اگر در بازار یک پوسته و لوله گاز لوله هستید یا در مورد طراحی و عملکرد این گازهای گلخانه ای سؤالی دارید ، ما از شما دعوت می کنیم تا برای یک بحث دقیق با ما تماس بگیرید و بهترین راه حل ها را برای نیازهای خاص خود کشف کنید. تیم متخصصان ما آماده هستند تا در تصمیم گیری آگاهانه به شما کمک کنند و اطمینان حاصل کنند که از کارآمدترین و قابل اطمینان ترین گاز برای درخواست خود استفاده می کنید.

منابع

1. Incropera ، FP ، & DeWitt ، DP (2002). اصول گرما و انتقال انبوه. جان ویلی و پسران.
2. کرن ، DQ (1950). انتقال حرارت را پردازش کنید. مک گرا - هیل.
3. شاه ، RK ، و Sekulic ، DP (2003). اصول طراحی مبدل حرارتی. جان ویلی و پسران.