ちょっと、そこ！コンパクトな管状熱交換器のサプライヤーとして、私はしばしば、これらの気の利いたデバイスの熱伝達領域を計算する方法について尋ねられます。特定のニーズに合った適切な熱交換器を設計および選択することに関しては、これは重要な側面です。それでは、すぐに飛び込み、段階的に分解しましょう。
まず、熱伝達エリアを計算することが非常に重要である理由を理解しましょう。熱伝達領域は、熱交換器の効率に直接影響します。一般に、より大きな領域は、交換器を流れる2つの液体の間でより多くの熱を伝達できることを意味します。これは、化学処理、発電、飲料および飲料の生産など、正確な温度制御とエネルギー効率が重要な業界では非常に重要です。
それでは、計算のザラザラした核心に入りましょう。熱交換器の熱伝達領域（a）を計算するための基本的な式は、熱伝達方程式に由来します。
q = u * a *Δtlm
どこ：
- Qは熱伝達速度（ワットまたはBTU/H）です。これは、2つの液体の間に移動する必要がある熱量です。
- Uは全体的な熱伝達係数（w/m²・kまたはbtu/h・ft²・f）です。材料の熱伝導率、流体の流量、ファウリング抵抗などの要因を考慮しています。
- Aは、計算したい熱伝達領域（m²またはft²）です。
- ΔTLMはログ - 平均温度差（LMTD）です。熱交換器の入口と出口の高温液と冷水の温度差を説明しています。
熱伝達速度であるQの計算から始めましょう。これを行うには2つの一般的な方法があります。 1つは、流体の比熱容量に基づいています。式は次のとおりです。
q = m * cp *Δt
どこ：
- Mは、液体の質量流量（kg/sまたはlb/h）です。
- CPは、流体の比熱容量です（J/kg・KまたはBTU/LB・F）。
- ΔTは、液体の温度変化（kまたは°F）です。
たとえば、質量流量が10 kg/sの高温流体がある場合、4200 j/kg・kの比熱容量があり、100°Cから60°Cに冷却される場合、熱伝達速度は次のように計算できます。
ΔT= 100-60 = 40 K
Q = 10 * 4200 * 40 = 1680000W
次に、熱伝達係数全体を決定する必要があります。この値は、流体の種類、流れ領域（層状または乱流）、チューブの材料など、多くの要因に依存します。水の場合、水の熱交換器の場合、U値は800〜1500 w/m².kの範囲です。熱伝導率が低いより多くの粘性液または液体の場合、U値は低くなります。エンジニアリングハンドブックまたは実験を行うことで、典型的なU値を見つけることができます。
次に、ログ - 平均温度差（ΔTLM）を計算しましょう。 ΔTLMの式は次のとおりです。
Δtlm=（Δt1-Δt2）/ln（Δt1/Δt2）
どこ：
- ΔT1は、熱交換器の一端の高温液と冷水の温度差です。
- ΔT2は、熱交換器の反対側の高温液と冷水の温度差です。
たとえば、入口で高温流体が100°Cで、冷水は20°C（ΔT1= 100-20 = 80°C）で、出口では高温液は60°Cで、冷水は50°C（ΔT2= 60-50 = 10°C）です。
Δtlm=（80-10）/ln（80/10）=（70）/ln（8）≈30.4°C
q、u、およびΔtlmができたので、熱伝達方程式q = u * a *Δtlmを再配置して、aを解くことができます。
a = q/（u *Δtlm）
q = 1680000 W、u = 1000 w/m²・k、Δtlm= 30.4 kの以前の値を使用してください。
A = 1680000/（1000 * 30.4）≈55.26m²
これらの計算は理想的な条件に基づいていることに注意することが重要です。現実の世界アプリケーションでは、ファウリングなど、考慮すべき他の要因があります。ファウリングは、熱伝達表面に堆積物が蓄積することであり、これにより、全体的な熱伝達係数を減らすことができます。ファウリングを説明するために、私たちはしばしばファウリング因子（RF）を使用します。新しい全体的な熱伝達係数u 'は、次のように計算されます。
1 / u '= 1 / u + rf
これにより、同じ熱伝達速度を確保するために必要な熱伝達エリアが増加します。
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コンパクトな管状熱交換器の熱伝達領域を計算すると、最初は複雑に見えるかもしれませんが、適切な式と少し練習があれば、はるかに簡単になります。プロジェクトのために適切な熱交換器を選択するのにまだ確信が持てない場合、または助けが必要な場合は、手を差し伸べることをheしないでください。私たちはあなたのすべての熱交換器のニーズを支援するためにここにいます。設計の初期段階にある場合でも、既存の熱交換器を交換しようとしている場合でも、当社の専門家チームは、必要なガイダンスとサポートを提供できます。
したがって、コンパクトな管状熱交換器を購入することに興味がある場合、または熱伝達計算について質問がある場合は、フレンドリーなチャットや専門的なアドバイスにお気軽にお問い合わせください。熱伝達要件に最適なソリューションを見つけるお手伝いをいたします。
参照
- Incropera、FP、＆Dewitt、DP（2002）。熱と物質移動の基礎。ワイリー。
- ホルマン、JP（2002）。熱伝達。マクグロー - ヒル。