Hő- és tömegátadási elemzés - tanfolyamprojekt
Hőátadás egy sík fal fonott felületén.
A felületi finomítás lehetővé teszi a külső hőállóság l / αA csökkentését az A hőcserélő felület növelése miatt. Erre a célra általában külső felületek peremét használják. Ezenkívül a szegélyezés közvetlenül befolyásolhatja a hőátadás intenzitását a határrétegben és az α konvektív hőátadási együtthatót. Vizsgáljuk meg a külső felület fonása hatását a hőátadásra. A szegélyezési sémát az 1. ábrán mutatjuk be.
1. ábra. Fűtési felület téglalap keresztmetszetű bordákkal: δ - borda vastagsága; l - borda magassága; L az él hossza; Tw2 - hőmérséklet a borda alján; Tl a borda tetején lévő hőmérséklet
A fonott felület területe A2, p = Ap + Am. ahol Ap a bordák területe, Am az interkostális tér területe, Tw2 az intercostális felület hőmérséklete, és α2 a hőátbocsátási együttható a fonott felületről.
A hőcserélő az intercostális felülettől Qm = α2Am (Tw2-Tf2).
Az élek felületéről a hőáram Qp = α2Ap (Tw2 - Tf2) ψr.
A fonott felület Q2, p = α2 (Am + ψpAp) (Tw2-Tf2) teljes hőáramlása, ahol ψp = Q / Qmax (1). Feltételezzük, hogy az α2 hőátadási tényező ugyanaz az intercostális felület és a bordák felületénél (ami igaz a két szomszédos borda közötti bizonyos határértékig).
Feltételezzük, hogy a hőátadási tényező α2 ugyanaz bordaközi felület és élek a felület (ami igaz, egy bizonyos határ a két szomszédos bordák).
Hőátadás a fonott felületen. Tekintsük a hőátadás folyamatát a külső felületen a külső felületen, a harmadik faj határállapotai között. A Q hőáram a következőképpen írható fel:
ahol az "1" és "2" indexek a belső és a külső felületekre vonatkoznak; εf - együttható, figyelembe véve a fal alakjának hatását; egy sík falra εφ = l.
Bemutatjuk az Rp *, m2K / Bt teljes hőellenállást, a fonott felületet
és a hőátbocsátási tényező Kr, W / (m2K)
hivatkozás a fonott felület A2 területére, p.
Mivel a ψp mennyisége mindig kisebb, mint az egység, a teljes finning-effektust az A2, p / A1 hõcserélõ területek arányának növekedése halmozódó hatása határozza meg, és elérheti ψp. Amint a borda magassága növekszik, a peremterület növekedésével a borda középhőmérséklete egyidejűleg csökken, és ennek megfelelően a ψp értéke. Ezért optimális méretű bordák vannak (a bordák magassága és vastagsága, számuk, távolságuk), amelynél a továbbított hő maximális lesz, és a finné a leghatékonyabb.
Finomsági hatékonyság. Mivel a szegélyezés csak a fonott felület termikus ellenállását csökkenti, akkor csak akkor lesz hatékony, ha a teljes hőállóság (anyag, nem metszett felület)
sokkal kisebb. Ez azt jelenti, hogy a nagyobb l / α2 az 1 / α1 és δ / λwεφ-hez képest, annál finomabb a finning hatékonysága.
A préselés hatékonyságának kritériuma megközelítőleg az alábbiak szerint alakul. Nyilvánvaló, célszerű, hogy a bordázat csak akkor, ha a hőáram oldalfelülete felől a borda Ap = Pl nagyobb, mint a hőáram alsó szélétől AF.
Következésképpen az ψp értéke sokkal nagyobb, mint az egység. A ψρ kifejezést a következő formában írhatjuk:
ahol Bi2 = α2δ / λw. Gyakorlatilag minden l / δ érték esetén az α2δ / 2λw = Bi2 / 2 érték ψp> 1 <1. При этом чем больше l/δ, тем больше ψр. На практике в качестве критерия используют условие Bi2<0,2, когда величина ψр становится существенно больше единицы.
A hőmérséklet fej meghatározása változó hőmérsékleten. A hőáramra vonatkozó egyenletet (5) azzal a feltétellel írjuk le, hogy a Tf1 és Tf2 hőmérséklet állandó. Ez a feltételezés akkor érvényes, ha az átadott hő mennyisége sokkal kisebb, mint a hűtött és fűtött közeg hőtartalma. Ha ez a feltétel nem teljesül, akkor a melegebb közegből történő hőelvonás csökkenti a hőmérsékletét, és a hideg környezetben lévő hőenergia megnöveli a hőmérsékletet. Nézzük meg a hőmérsékleti fej egyenletben (5) változó hőmérsékleten Tf1 és Tf2. Jelölje TfI = Tr, Tf2 = Tx.
Hőáramlás egyenlet. A hőcserélő egység egységén átáramló hőáram dA: dQ = Kp (Tg-Tx) dA = KpΔTdA (7), ahol Kp az egység hőcserélő felületének hőátadási együtthatója; Tr, Tx a fűtő- és fűtőközeg aktuális hőmérsékleti változói (a továbbiakban "r" index kerül a fűtőközegre, az index "x" a hidegre).
A dQ hõáramlás a hideg közeg hõmérsékletének növekedéséhez és a fûtõközeg hõmérsékletének csökkenéséhez vezet
d (Tg - Tx) = d (ΔT) = - dQ [1 / (CpgGr) + 1 / (CpxGx)