Coefficient de transfert de chaleur global
Un échangeur de chaleur implique généralement deux fluides en écoulement séparés par une paroi solide. Un grand nombre des processus de transfert de chaleur rencontrés dans l’industrie impliquent des systèmes composites et même une combinaison de conduction et de convection . La chaleur est d’abord transférée du fluide chaud au mur par convection, à travers le mur par conduction et de nouveau du fluide au froid par convection.
Avec ces systèmes composites, il est souvent commode de travailler avec un coefficient global de transfert de chaleur , connu comme un facteur U . Le facteur U est défini par une expression analogue à la loi de Newton sur le refroidissement :
Le coefficient global de transfert de chaleur, U, est lié à la résistance thermique totale et dépend de la géométrie du problème. Par exemple, le transfert de chaleur dans un générateur de vapeur implique la convection de la majeure partie du liquide de refroidissement du réacteur vers la surface du tube interne du générateur de vapeur, la conduction à travers la paroi du tube et la convection (ébullition) de la surface du tube externe vers le fluide du côté secondaire.
En cas de transfert de chaleur combiné pour un échangeur de chaleur, il existe deux valeurs pour h. Il existe un coefficient de transfert de chaleur par convection (h) pour le film de fluide à l’intérieur des tubes et un coefficient de transfert de chaleur par convection pour le film de fluide à l’extérieur des tubes. La conductivité thermique (k) et l’épaisseur (Δx) de la paroi du tube doivent également être prises en compte.
La surveillance en ligne des échangeurs de chaleur commerciaux se fait en suivant le coefficient de transfert de chaleur global , car le coefficient de transfert de chaleur global a tendance à diminuer avec le temps en raison de l’ encrassement . En calculant périodiquement le coefficient de transfert de chaleur global à partir des débits et des températures de l’échangeur, l’opérateur de l’échangeur de chaleur peut estimer la durée de vie des échangeurs de chaleur.
Exemple: calcul de l’échangeur de chaleur
Considérons un échangeur de chaleur à flux parallèle , qui est utilisé pour refroidir l’huile de 70 ° C à 40 ° C en utilisant de l’eau disponible à 30 ° C. La température de sortie de l’eau est de 36 ° C. Le débit d’huile est de 1 kg / s. La chaleur spécifique de l’huile est de 2,2 kJ / kg K. Le coefficient global de transfert de chaleur U = 200 W / m 2 K .
Calculez la différence de température moyenne logarithmique . Déterminez la surface de cet échangeur de chaleur requise pour cette performance.
- LMTD
La différence de température moyenne logarithmique peut être calculée simplement en utilisant sa définition:
- Zone d’échangeur de chaleur
Pour calculer la surface de cet échangeur de chaleur, nous devons calculer le débit de chaleur en utilisant le débit massique d’huile et de LMTD.
La surface requise de cet échangeur de chaleur peut être ensuite calculée directement à l’aide de l’équation générale de transfert de chaleur:
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