Was ist Wärmetauscher – Wärmeübergangskoeffizient – U-Faktor – Definition

Wärmedurchgangskoeffizient

Ein Wärmetauscher beinhaltet typischerweise zwei strömende Flüssigkeiten, die durch eine feste Wand getrennt sind. Viele der in der Industrie anzutreffenden Wärmeübertragungsprozesse beinhalten Verbundsysteme und sogar eine Kombination aus Wärmeleitung und Konvektion . Wärme wird zunächst durch Konvektion von der heißen Flüssigkeit auf die Wand übertragen, durch Leitung durch die Wand und durch Konvektion wieder von der Wand auf die kalte Flüssigkeit.

Bei diesen Verbundsystemen ist es häufig zweckmäßig, mit einem Gesamtwärmeübergangskoeffizienten zu arbeiten , der als U-Faktor bezeichnet wird . Der U-Faktor wird durch einen Ausdruck definiert, der dem Newtonschen Gesetz der Abkühlung entspricht :

Der Gesamtwärmeübertragungskoeffizient U, ist , bezogen auf den Gesamtwärmewiderstand und ist abhängig von der Geometrie des Problems. Beispielsweise beinhaltet die Wärmeübertragung in einem Dampferzeuger die Konvektion von der Hauptmenge des Reaktorkühlmittels zur inneren Rohroberfläche des Dampferzeugers, die Leitung durch die Rohrwand und die Konvektion (sieden) von der äußeren Rohroberfläche zur sekundärseitigen Flüssigkeit.

Bei kombinierter Wärmeübertragung für einen Wärmetauscher gibt es zwei Werte für h. Es gibt den konvektiven Wärmeübertragungskoeffizienten (h) für den Flüssigkeitsfilm innerhalb der Rohre und einen konvektiven Wärmeübertragungskoeffizienten für den Flüssigkeitsfilm außerhalb der Rohre. Die Wärmeleitfähigkeit (k) und die Dicke (Δx) der Rohrwand müssen ebenfalls berücksichtigt werden.

Die Online-Überwachung von kommerziellen Wärmetauschern erfolgt durch Verfolgung des Gesamtwärmeübertragungskoeffizienten , da der Gesamtwärmeübertragungskoeffizient aufgrund von Verschmutzung im Laufe der Zeit tendenziell abnimmt . Durch periodische Berechnung des Gesamtwärmeübertragungskoeffizienten aus den Durchflussraten und Temperaturen des Wärmetauschers kann der Bediener des Wärmetauschers die Lebensdauer der Wärmetauscher abschätzen.

Beispiel: Berechnung des Wärmetauschers

Stellen Sie sich einen Parallelstrom-Wärmetauscher vor , mit dem Öl mit Wasser von 30 ° C von 70 ° C auf 40 ° C gekühlt wird. Die Austrittstemperatur des Wassers beträgt 36 ° C. Die Fließgeschwindigkeit des Öls beträgt 1 kg / s. Die spezifische Wärme des Öls beträgt 2,2 kJ / kg K. Der Gesamtwärmeübertragungskoeffizient U = 200 W / m ² K .

Berechnen Sie die logarithmische mittlere Temperaturdifferenz . Bestimmen Sie die für diese Leistung erforderliche Fläche dieses Wärmetauschers.

1. LMTD

Die logarithmische mittlere Temperaturdifferenz kann einfach anhand ihrer Definition berechnet werden:

2. Bereich des Wärmetauschers

Um die Fläche dieses Wärmetauschers zu berechnen, müssen wir den Wärmestrom anhand des Massendurchsatzes von Öl und LMTD berechnen.

Die benötigte Fläche dieses Wärmetauschers kann dann direkt unter Verwendung der allgemeinen Wärmeübertragungsgleichung berechnet werden: