Introduction
Un grand nombre d'installations de production dans de nombreuses industries utilisent des processus dans lesquels la chaleur est transférée entre les différents fluides. Le principe de base de transfert de chaleur est extrêmement simple, deux fluides à des températures différentes sont mis en contact avec un conducteur obstacle (la paroi du tube) et de la chaleur est transférée du fluide chaud au froid liquide jusqu'à ce qu'ils atteignent le même niveau de température. Dans ce processus industriels est effectué dans les échangeurs de chaleur de différents types et styles généralement construit à cet effet pour le processus et les conditions de la demande.
La force motrice pour le transfert de chaleur est la différence entre les niveaux de température entre le chaud et le froid fluides, plus la différence la plus élevée la vitesse à laquelle le flux de chaleur entre eux. Complexe avec le traitement de séquences concepteur doit optimiser les niveaux de température à chaque étape afin de maximiser le taux global des flux de chaleur.
Un deuxième facteur de contrôler le transfert de chaleur est la zone de la barrière conductrice prévue à flux de chaleur. La plus grande est la zone la plus grande puis sera la quantité de chaleur qui coule en un temps donné avec une différence de température dans l'échangeur de chaleur. Le designer a pour minimiser ce domaine à fournir des solutions rentables à ses clients avec compétence et le montant de domaine peuvent être minimisés et configuré de manière à réduire le volume et la maîtrise globale des coûts.
La troisième et peut-être le facteur le plus important contrôler le transfert de chaleur est la vitesse à laquelle le flux de chaleur en provenance ou à destination de chacun des fluides. Une résistance élevée au flux de chaleur dans les deux fluides se produire une lente taux global de transfert. Le niveau de la résistance à la chaleur résultats de différents facteurs, y compris les caractéristiques inhérentes thermique des fluides, mais peut être affectée par le concepteur d'une façon très positive par la génération de turbulence dans les fluides pour empêcher la création d'un thermiquement résistant statique » couche limite "de liquide en contact avec la surface de transfert de chaleur.
Le quatrième facteur, également sous le contrôle du concepteur, est le flux de chaleur par conduction de la barrière entre les fluides. Le matériel choisi doit être compatible avec les fluides du processus, il ne doit pas se corroder ou de contaminer un produit alimentaire, il doit avoir un niveau approprié de résistance mécanique pour résister à des températures et de pressions et il doit avoir une faible résistance au flux de chaleur afin qu'il ne devienne pas le principal facteur dans le processus de transfert de chaleur.
Les équations mathématiques qui décrivent le processus de transfert de chaleur sont assez simples:
Où:
- Q est la quantité de chaleur transférée, W
- A est la zone de transfert de chaleur, en m²
- T is an effective temperature difference, ºK D T est un moyen efficace de différence de température, º K
- U est le coefficient global de transmission thermique, W / m². K
La valeur de U est un peu plus complexe à calculer:
Où:
- h 1 h et 2 sont partiellement coefficients de transfert de chaleur, W / m². ° K.
- W R est la résistance thermique du mur, en m². ° K / W.
- R F1 et R f2 sont les facteurs les salissures, en m². ° K / W.
Bien que les valeurs de R f sont habituellement spécifié par le client, les valeurs de H et R w peut être influencée directement par le designer par le choix du tube de la taille et l'épaisseur et les matériaux de construction. Les valeurs de l'partielle des coefficients de transfert de chaleur h dépendent fortement de la nature des fluides, mais aussi, surtout, sur la géométrie des surfaces de transfert de chaleur, ils sont en contact avec. Il importe de la finale valeurs sont fortement influencées par ce qui se passe au niveau des couches limites, le liquide effectivement en contact avec la surface de transfert de chaleur.
Processus de transfert de chaleur
Une grande partie de l'équipe de recherche qui se déroulent dans les processus de transfert de chaleur se concentre sur les moyens de prédire avec exactitude la valeur précise de la couche limite de résistance et sur les moyens d'influer sur les valeurs sans avoir à payer trop élevé une pénalité en termes d'accroissement des pertes de pression.
De nombreuses techniques pour réduire le tube côté couche limite de résistance ont été tentées, y compris divers styles de tube «inserts» qui prennent la forme de fils de formes complexes ou tordus plat muni de bandes à l'intérieur des tubes et des différents styles de déformation du tube. La plupart ont l'inconvénient d'augmenter la résistance à l'écoulement de fluide, la perte de pression, à un taux qui augmente plus rapidement que la diminution de la couche limite de résistance.
Une technique qui n'a pas cet inconvénient est toutefois que de la déformation du tube avec une indentation spirale continue ou intermittente place indentation. La recherche a montré que par le choix de la profondeur, l'angle et la largeur de l'entaille avec soin, le taux de diminution de la couche limite de la résistance peut dépasser le taux d'augmentation de la perte de pression. Cette forme de valorisation est illustrée dans les images suivantes.
La perturbation continue de la couche limite du fluide côté tube augmente le montant de la turbulence dans le fluide tel que décrit mathématiquement par le nombre Nusselt »et, en fournissant le tube côté liquide a la plus grande résistance à la chaleur, va augmenter le taux global à que la chaleur est transférée.
Ce comportement turbulent est illustré dans la vidéo de simulation suivant: Flux d'animation avec des particules dans un tube ondulé.
Corrugated tubes
Qu'est-ce qu'ils sont
inside) the overall surface area of the heat exchanger can usually be reduced if this coefficient is improved in some way. Si le taux de transfert de chaleur pour un échangeur de chaleur est limité par le tube côté partielle coefficient de transfert de chaleur (a l'intérieur) l'ensemble de la surface de l'échangeur de chaleur peut être réduite si ce coefficient est amélioré en quelque sorte. De nombreuses méthodes de artificiellement le renforcement de ce coefficient ont été jugés, d'autres ont réussi moins.
- Fils ou bandes inserts utilisés sont parfois poussés dans chaque tube de remuer la couche limite liquide loin de la paroi du tube dans la majeure partie du liquide. Ce type a l'inconvénient d'une augmentation substantielle de la perte de pression par unité de longueur et des particules ou produit des pièces entraîné dans le liquide de les rendre inutiles.
- Interne des côtes ou des ailettes sur toute la longueur du tube qui sont conçus pour augmenter la sur