コンパクトな管状熱交換器の性能を測定する方法は？
コンパクトな管状熱交換器のサプライヤーとして、これらの必須デバイスのパフォーマンスを測定する方法を理解することが重要です。コンパクトな管状熱交換器は、高効率とコンパクトな設計により、化学処理、発電、HVACシステムなど、さまざまな業界で広く使用されています。このブログ投稿では、コンパクトな管状熱交換器の性能を測定するための重要なパラメーターと方法について説明します。
キーパフォーマンスパラメーター
熱伝達率
熱伝達率は、熱交換器の最も重要な性能パラメーターの1つです。これは、単位時間ごとに高温液から冷水に移動する熱の量を表します。熱伝達速度（Q）は、次の方程式を使用して計算できます。
[q = m_h c_ {p、h}（t_ {h、in} -t_ {h、out}）= m_c c_ {p、c}（t_ {c、out} -t_ {c、in}）]]]
ここで、（M_H）と（M_C）はそれぞれ高温および寒い流体の質量流量です（C_ {P、H}）と（C_ {P、C}）は、高温および冷水の比熱容量です。高温および冷水の入口と出口の温度。
熱伝達速度を正確に測定するには、高温および冷水の質量流量と温度を測定する必要があります。質量流量は質量流量を測定するために使用できますが、熱電対または抵抗温度検出器（RTD）を使用して温度を測定できます。
全体的な熱伝達係数
全体的な熱伝達係数（U）は、熱交換器が熱を伝達する能力の尺度です。高温および冷水、チューブの壁、およびファウリング層の熱抵抗を考慮しています。全体の熱伝達係数は、次の方程式を使用して計算できます。
[q = ua \ delta t_ {lm}]
ここで、（a）は熱伝達領域であり、（\ delta t_ {lm}）は対数 - 平均温度差です。ログ - 平均温度差は次のように計算されます。
[\ delta t_ {lm} = \ frac {\ delta t_1- \ delta t_2} {\ ln（\ frac {\ delta t_1} {\ delta t_2}）}]]
ここで、（\ delta t_1）と（\ delta t_2）は、熱交換器の両端の高温液と冷水の温度差です。
全体的な熱伝達係数を決定するには、熱伝達速度、熱伝達面積、および対数 - 平均温度差を測定する必要があります。熱伝達面積は、熱交換器の物理的寸法に基づいて計算できますが、熱伝達速度と対数 - 平均温度差は上記のように計算されます。
効果
熱交換器の有効性（（\ epsilon））は、実際の熱伝達速度と可能な最大熱伝達速度の比として定義されます。可能な最大熱伝達速度は、冷たい流体が高温流体の入口温度に加熱されると発生します（カウンター - 流量交換器の場合）。有効性は、次の方程式を使用して計算できます。
[\ epsilon = \ frac {q} {q_ {max}}]
ここで、（q_ {max} = c_ {min}（t_ {h、in} -t_ {c、in}）と（c_ {min}）は最小（c_h = m_h c_ {p、h}）および（c_c = m_c c_ {p、c}）です。
有効性は、熱交換器がその最大電位に比べてどれだけうまく機能しているかの尺度を提供します。より高い効果は、より効率的な熱交換器を示します。
測定方法
直接測定
直接測定には、適切なセンサーを使用して、質量流量、温度、圧力などの重要なパラメーターを測定することが含まれます。前述のように、関連するパラメーターを測定するために、熱交換器の入口と出口に質量流量計、熱電対、および圧力センサーを設置できます。これらのデータを収集することにより、熱伝達速度、全体的な熱伝達係数、および有効性を計算できます。
ただし、直接測定にはいくつかの制限があります。たとえば、特に高い速度または2位相の流量では、質量流量を正確に測定することが困難な場合があります。さらに、ファウリング層の存在は、測定の精度に影響を与える可能性があります。
間接測定
間接測定方法を使用して、直接測定の制限の一部を克服できます。そのような方法の1つは、熱バランスの使用です。システムのエネルギー入力と出力を測定することにより、熱伝達速度を間接的に決定できます。たとえば、化学プロセスでは、化学反応で放出または吸収されるエネルギーに基づいて熱伝達速度を計算できます。
別の間接測定方法は、相関の使用です。液体の物理的特性、流れ条件、熱交換器のジオメトリに基づいて、全体的な熱伝達係数を推定するために経験的相関が開発されました。これらの相関は、直接測定が実行不可能な場合、またはパフォーマンスの迅速な推定が必要な場合に使用できます。
パフォーマンスに対する設計と動作条件の影響
コンパクトな管状熱交換器の性能は、その設計と動作条件の影響を受けます。チューブの直径、チューブの長さ、チューブピッチ、チューブの数などの設計パラメーターは、熱伝達速度と全体的な熱伝達係数に大きな影響を与える可能性があります。たとえば、チューブの直径が小さくなると、単位体積あたりの表面積が増加するため、熱伝達係数が高くなります。
質量流量、入口温度、流体特性などの動作条件もパフォーマンスに影響します。一般に、質量流量が高いほど熱伝達速度が増加しますが、熱交換器全体の圧力低下も増加します。高温および冷水の入口温度は、熱伝達の温度駆動力を決定し、粘度、密度、比熱容量などの流体特性が熱伝達係数に影響します。
結論
コンパクトな管状熱交換器の性能を測定することは、その効率的な動作を確保し、その設計と操作に関する情報に基づいた決定を下すために不可欠です。熱伝達速度、全体的な熱伝達係数、および有効性を測定することにより、熱交換器の性能を評価し、改善のために領域を特定できます。
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参照
- Incropera、FP、Dewitt、DP、Bergman、TL、＆Lavine、AS（2007）。熱と物質移動の基礎。ジョン・ワイリー＆サンズ。
- Shah、RK、＆Sekulic、DP（2003）。熱交換器設計の基礎。ジョン・ワイリー＆サンズ。
- Kakac、S。、＆Liu、H。（2002）。熱交換器：選択、評価、および熱デザイン。 CRCプレス。