Warmteoordragskoëffisiënt

in Wikipedia, die vrye ensiklopedie
Jump to navigation Jump to search
'n Tipiese konfigurasie van 'n buis-en-mantelhitteruiler.

Warmteoordragskoëffisiënt in termodinamika en in meganiese ingenieurswese is die eweredigheidskonstante tussen hittestroom en die termodinamiese dryfkrag vir die vloei van hitte.

Wanneer die hitteoordrag of hittelas (Q) van 'n hitteruiler bepaal word, word die volgende formule gebruik:

Waar:

Formule vir warmteoordragskoëffisiënt vir 'n buis en mantel hitteruiler[wysig | wysig bron]

Die warmteoordragskoëffisiënt vir 'n hitteruiler word soos volg weergegee:

Buis wat posisie van bevuilings- en filmkoëffisiënte wys.

Die middelste term kan soos volg vereenvoudig word:

Afkortings[wysig | wysig bron]

Die volgende afkortings is van toepassingː

  • = hitteoordragskoëffisiënt [W/(m2.K)]
  • = buis buitediameter [m]
  • = buis binnediameter [m]
  • = buite filmkoëffisiënt [W/(m2.K)] (Bereken soos bo gewys)
  • = binne filmkoëffisiënt [W/(m2.K)] (Bereken soos bo gewys)
  • = buite bevuilingskoëffisiënt [W/(m2.K)] (Lees af uit tabelle)
  • = binne bevuilingskoëffisiënt [W/(m2.K)] (Lees af uit tabelle)
  • = termiese geleiding van buismateriaal [W/(m.K)]
  • = wanddikte van buis [m]
  • = temperatuur [°C]
  • = snelheid [m/s]
  • = snelheid van water [m/s]
  • = dightheid[kg/m3]
  • = viskositeit by gemiddelde vloeiertemperatuur [Ns/m]
  • = viskositeit by buiswand [Ns/m]
  • = vloeier spesifieke warmtekapasiteit [J/(kg.K)]
  • = vloeier termiese geleiding [W/(m.K)]

Filmkoëffisiënte (hi en ho)[wysig | wysig bron]

Die filmkoëffisiënte ( en ) word met die volgende formules hieronder bereken.

Hitteruiler vierkantige buiskonfigurasie.
Hitteruiler driehoekige buiskonfigurasie.
Om die snelheid aan die mantelkant te bepaal, word die vloei loodreg met die buise geneem.

Buiskant[wysig | wysig bron]

Vir die buiskant word vervang met en word vervang met "".

Die vloeisnelheid aan die buiskant word eenvoudig soos volg bepaal:

Waar:

  • = vloeisnelheid in die buise (m/s)
  • = massavloei (kg/h)
  • = dightheid (kg/m3)
  • = totale aantal buise (die aantal gate in die buisplaat)
  • = aantal buisgange (Engelsː "passes") van hitteruiler
  • = buis binnediameter (meter)

Mantelkant[wysig | wysig bron]

Vir die mantelkant word vervang met en word vervang met met die hidrouliese diameter, .

Diameter

Vir 'n vierkantige buiskonfigurasie word die volgende formule gebruik:

Vir 'n driehoekige buiskonfigurasie word die volgende formule gebruik:

Waarː

  • = buisspasiëring
  • = buis se buitediameter

Hierdie twee formules word afgelei in hidrouliese diameter.

Snelheid

Die snelheid is nodig om die Reynoldsgetal uit te werk. Om die snelheid te bepaal word die vloei loodreg met die buise tussen die keerplate by die ewenaar van die hitteruiler beskou.

Die deursnitarea by die ewenaar van die hitteruiler word soos volg bereken:

Dus is die snelheid aan die mantelkant die volgende:

Waar:

  • = Effektiewe deursnit vloeiarea
  • = Binnediameter van die hitteruiler mantel
  • = Keerplaat spasiëring (afstand tussen keerplate)
  • = Buis spasiëring
  • = Buis buitediameter
  • = Snelheid aan die mantelkant

Formules[wysig | wysig bron]

Die volgende formules word vir beide die buiskant en mantelkant gebruik. Vir die buiskant word vervang met en Vir die mantelkant word vervang met en word vervang met

Reynoldsgetal:
Prandtlgetal:
= 0.021 vir gasse
= 0.023 vir nie-viskose vloeistowwe
= 0.027 vir viskose vloeistowwe

Benadering vir water

Vir water kan die volgende benadering gebruik word:

Hierdie wys ook dat sou alle ander parameters dieselfde bly, dan geld in die algemeenː

Tipiese bevuilingskoëffisiënte (hod en hid)[wysig | wysig bron]

Bevuilingskoëffisiënte en is konstantes en word eksperimenteel bepaal en afgelees van tabelle in die literatuur. Hier volg 'n lysː

Beskrywing Gemiddeld
[W/(m2.K)]
Minimum
[W/(m2.K)]
Maksimum
[W/(m2.K)]
Rivierwater 7500 3000 12000
Seewater 2000 1000 3000
Verkoelingswater 4500 3000 6000
Stoomkondensaat 3250 1500 5000
Stoom (olievry) 7000 4000 10000
Stoom (spore van olie) 3500 2000 5000
Lug en industriële gasse 7500 5000 10000
Organiese dampe 5000
Organiese vloeistowwe 5000
Ligte koolwaterstowwe 5000
Swaar koolwaterstowwe 2000
Kokende organiese stowwe 2500
Gekondenseerde organiese stowwe 5000
Vloeistowwe vir hitteoordrag ("heat transfer fluids") 5000
Opgeloste soutoplossings 4000 3000 5000

Uit "Chemical Engineering", Coulson and Richardson, Volume 6, 2de uitgawe, bladsy 538

Termiese geleiding (kw)[wysig | wysig bron]

Temperatuur Termiese geleiding [W/(m.K)]
Kelvin °C Aluminium Yster
10 -263.15 38000 710
20 -253.15 13500 1000
40 -233.15 2300 560
60 -213.15 850 270
80 -193.15 380 170
100 -173.15 300 132
200 -73.15 237 94
300 26.85 273 80
400 126.85 240 69
500 226.85 237 61
600 326.85 232 55

Kyk:

Tipiese warmteoordragskoëffisiënte (U)[wysig | wysig bron]

Die volgende is 'n lys van tipiese warmteoordragskoëffisiënteː

Produkte U [W/(m2.K)] Ander beskrywing
Vrye konveksie gas - Vrye konveksie gas 1-2 Tipies 'n venster: kamer na buitekant deur glas
Vrye konveksie gas - Geforseerde vloeistof vloeiende water 5-15 Tipies 'n verkoeler vir sentrale verhitting
Vrye konveksie gas - Gekondenseerde waterdamp 5-20 Tipiese stoomverkoelers
Geforseerde konveksie vloeiende gas - Vrye konveksie gas 3-10 Oorverhitters
Geforseerde konveksie vloeiende gas - Geforseerde konveksie gas 10-30 Hitteruilergasse
Geforseerde konveksie vloeiende gas - Geforseerde vloeistof vloeiende water 10-50 Gas verkoelers
Geforseerde konveksie vloeiende gas - Gekondenseerde waterdamp 10-50 Lugkoelers
Vloeistofvrye konveksie - Geforseerde konveksie gas 10-50 Gas ketel
Vloeistofvrye konveksie - Vrye konveksie vloeistof 25-500 Oliebad vir verhitting
Vloeistofvrye konveksie - Geforseerde vloeistof vloeiende water 50-100 Verhittingsklos in water, water sonder vloeimanipulasie
500-2000 Verhittingsklos in water, water met vloeimanipulasie
Vloeistofvrye konveksie - Gekondenseerde waterdamp 300-1000 Stoommantel rondom houer met roerders, water
Vloeistofvrye konveksie - Gekondenseerde waterdamp 150-500 Ander vloeistowwe
Geforseerde vloeistof vloeiende water - Vrye konveksie gas 10-40 Ontbrandingskamer en straling
Geforseerde vloeistof vloeiende water - Vrye konveksie vloeistof 500-1500 Verkoelingsklos - geroer
Geforseerde vloeistof vloeiende water - Geforseerde vloeistof vloeiende water 900-2500 Hitteruilers: water/water
Geforseerde vloeistof vloeiende water - Gekondenseerde waterdamp 1000-4000 Kondenseerder: stoom na water
Kokende water (vloeistof) - Vrye konveksie gas 10-40 Stoomketel en straling
Kokende water (vloeistof) - Geforseerde vloeistof vloeiende water 300-1000 Verdamping van verkoelers of pekelverkoelers
Kokende water (vloeistof) - Gekondenseerde waterdamp 1500-6000 Verdampers: stoom/water

Kyk:

Engelse terme

  • Gas ketel = Gas boiler
  • Gasverkoeler = Gas cooler
  • Geforseerde konveksie gas = Forced convection gas
  • Geforseerde konveksie vloeiende gas = Forced convection (flowing) gas
  • Geforseerde vloeistof vloeiende water = Forced liquid (flowing) water
  • Gekondenseerde waterdamp = Condensing vapor water
  • Hitteruiler = Heat exchanger
  • Kokende water (vloeistof) = Boiling liquid water
  • Kondenseerder = Condenser
  • Lugverkoelers = Air cooler
  • Mantel = Jacket
  • Oliebad = Oil bath
  • Ontbrandingskamer = Combustion chamber
  • Pekel = Brine
  • Roerder = Stirrer
  • Stoomketel = Steam boiler
  • Straling = Radiation
  • Superheater = Oorverhitter
  • Verdamper = Evaporator
  • Verdamping = Evaporation
  • Verhittingsklos = Heating coil
  • Verkoeler = Radiator
  • Verkoeler = Refrigerator
  • Verkoelingsklos = Cooling coil
  • Vloeimanipulasie = Steering
  • Vloeistofvrye konveksie = Liquid free convection
  • Vrye konveksie gas = Free convection gas
  • Vrye konveksie vloeistof = Free convection liquid

Bronne[wysig | wysig bron]

  • Coulson & Richardson, Chemical engineering, Volume 6, Hersiene 2de uitgawe, bladsy 608

Sien ook[wysig | wysig bron]