Hej tamo! Kao dobavljač izmjenjivača topline sa školjkama i cijevima, često me pitaju kako izračunati efikasnost ovih sjajnih komada opreme. Dakle, u ovom postu na blogu ću vam to raščlaniti na način koji je lako razumjeti.
Prvo, hajde da razgovaramo o tome šta zapravo znači efikasnost izmenjivača toplote. Jednostavno rečeno, to je mjera koliko dobro izmjenjivač topline prenosi toplinu s jednog fluida na drugi. Što je veća efikasnost, to se više toplote prenosi, a izmenjivač toplote je efikasniji.
Da bismo izračunali efikasnost izmjenjivača topline sa školjkom i cijevi, moramo razumjeti nekoliko ključnih koncepata. Počećemo sa stopom toplotnog kapaciteta. Stopa toplotnog kapaciteta (C) fluida je proizvod njegovog masenog protoka (m) i njegovog specifičnog toplotnog kapaciteta (c). Dakle, C = m * c. Ova vrijednost nam govori koliko topline tekućina može apsorbirati ili osloboditi po jediničnoj promjeni temperature.
Imamo dva fluida u izmenjivaču toplote - vrući fluid i hladan fluid. Označimo stopu toplotnog kapaciteta toplog fluida kao $C_h$, a hladnog fluida kao $C_c$. Manja od ove dvije stope toplotnog kapaciteta poznata je kao minimalna stopa toplotnog kapaciteta, označena kao $C_{min}$.
Maksimalni mogući prenos toplote ($Q_{max}$) u izmenjivaču toplote nastaje kada se hladni fluid zagreje na ulaznu temperaturu toplog fluida (u protivtočnom izmenjivaču toplote, koji je najefikasniji tip u pogledu prenosa toplote). Formula za $Q_{max}$ je $Q_{max}=C_{min}*(T_{h,in}-T_{c,in})$, gdje je $T_{h,in}$ ulazna temperatura vrućeg fluida, a $T_{c,in}$ ulazna temperatura hladnog fluida.
Sada se stvarni prijenos topline ($Q_{actual}$) u izmjenjivaču topline može izračunati na različite načine. Jedan uobičajeni način je korištenje stope toplinskog kapaciteta i promjene temperature toplog ili hladnog fluida. Na primjer, ako koristimo vrući fluid, $Q_{actual}=C_h*(T_{h,in}-T_{h,out})$, gdje je $T_{h,out}$ izlazna temperatura vrućeg fluida. Slično, koristeći hladni fluid, $Q_{actual}=C_c*(T_{c,out}-T_{c,in})$, gdje je $T_{c,out}$ izlazna temperatura hladnog fluida.
Efikasnost ($\epsilon$) izmjenjivača topline se tada definira kao omjer stvarnog prijenosa topline i maksimalnog mogućeg prijenosa topline. Dakle, $\epsilon=\frac{Q_{actual}}{Q_{max}}$.
Prođimo kroz primjer kako bismo ovo učinili jasnijim. Pretpostavimo da imamo izmjenjivač topline s školjkom i cijevi sa sljedećim podacima:
Maseni protok vrućeg fluida ($m_h$) je 2 kg/s, a njegov specifični toplotni kapacitet ($c_h$) je 2000 J/(kg·K). Maseni protok hladnog fluida ($m_c$) je 3 kg/s, a njegov specifični toplotni kapacitet ($c_c$) je 1000 J/(kg·K). Ulazna temperatura vrućeg fluida ($T_{h,in}$) je 100°C, a ulazna temperatura hladnog fluida ($T_{c,in}$) je 20°C. Izlazna temperatura vrućeg fluida ($T_{h,out}$) je 60°C.
Prvo izračunavamo stope toplotnog kapaciteta:
$C_h=m_h * c_h=2\ kg/s * 2000\ J/(kg·K)=4000\ W/K$
$C_c=m_c * c_c=3\ kg/s * 1000\ J/(kg·K)=3000\ W/K$
Pošto je $C_c < C_h$, $C_{min}=C_c = 3000\ W/K$
Maksimalni mogući prijenos topline je $Q_{max}=C_{min}(T_{h,in}-T_{c,in})=3000\ W/K(100 - 20)K = 240000\ W$
Stvarni prijenos toplote pomoću vrućeg fluida je $Q_{stvarni}=C_h*(T_{h,in}-T_{h,out})=4000\ W/K*(100 - 60)K=160000\ W$
Efikasnost izmjenjivača toplote je $\epsilon=\frac{Q_{actual}}{Q_{max}}=\frac{160000}{240000}\približno 0,67$ ili 67%
Sada postoji nekoliko faktora koji mogu uticati na efikasnost izmenjivača toplote sa školjkom i cevima. Jedan od najvažnijih faktora je raspored protoka. Kao što sam ranije spomenuo, izmjenjivači topline u suprotnom toku su općenito efikasniji od izmjenjivača topline s paralelnim protokom jer mogu postići veću temperaturnu razliku između dva fluida po dužini izmjenjivača topline.
Drugi faktor je broj cijevi i raspored cijevi. Više cijevi općenito znači veću površinu za prijenos topline, što može povećati učinkovitost. Korak cijevi (razmak između centara susjednih cijevi) također igra ulogu. Manji korak cijevi može povećati površinu, ali također može povećati pad tlaka.
Zaprljanje cijevi također može značajno smanjiti efikasnost izmjenjivača topline. Vremenom se na unutarnjoj i vanjskoj strani cijevi mogu nakupiti naslage, koje djeluju kao izolacijski sloj i smanjuju brzinu prijenosa topline. Redovno održavanje i čišćenje su neophodni da bi izmjenjivač topline radio s maksimalnom efikasnošću.
U našoj kompaniji nudimo široku paletu izmjenjivača topline s školjkom i cijevi, uključujućiShell & Plate Heat Exchangeer,Izmjenjivač topline u potkrovlju, iKoaksijalni izmjenjivač topline za toplotnu pumpu iz zemlje. Ovi izmjenjivači topline dizajnirani su najnovijom tehnologijom kako bi se osigurala visoka efikasnost i pouzdanost.
Ako ste na tržištu za izmjenjivač topline sa školjkom i cijevi, izračunavanje učinkovitosti je važan korak u odabiru pravog za vašu primjenu. Razumijevanjem faktora koji utiču na efikasnost i kako je izračunati, možete donijeti informiranu odluku i izvući maksimum iz svog izmjenjivača topline.
Dakle, ako ste zainteresovani za naše proizvode, ne ustručavajte se da kontaktirate za pregovore o kupovini. Uvijek nam je drago da vam pomognemo da pronađete savršeno rješenje izmjenjivača topline za vaše potrebe.
Reference
- Incropera, FP, DeWitt, DP, Bergman, TL, & Lavine, AS (2007). Osnove prijenosa topline i mase. John Wiley & Sons.
- Holman, JP (2002). Prijenos topline. McGraw - Hill.