Parallel flow varmeveksler: 23 vigtige fakta

INDHOLD

Hvad er parallel flow varmeveksler?

En direkte overførselstype af varmeveksler, hvor både varm væske og kold væske strømmer i samme retning for at udveksle varmeenergi mellem dem uden overførsel af energi fra omgivelserne. 

Parallel flow varmeveksler teori

Varmeveksler defineres som en jævn strøm adiabatisk åbent system. Strømning af begge væsker (varm væske og kold væske) er i samme retning for at udveksle varme mellem. Det er en kategoriseret som direkte overførselstype varmeveksler, hvor væsker ikke har nogen fysisk kontakt imellem dem. Trykket fra både varm og kold væske forbliver konstant.
Enthalpytabet af varm væske er lig med Enthalpy-gevinsten ved kold væske. Variationen i temperatur mellem varm væske og kold væske i strømningsretningen falder altid.
Skærmbillede 2021 06 02 kl. 7.52.59 1
Fig: 1 Flow i parallel flow varmeveksler (billedkredit: Wikimedia)

Hvor,

Th, i: Temperatur på indløbsvarm væske

Th, ud: Temperatur på udløbskølet væske 

Tc, i: Temperatur på indløb kold væske

Tc, ud: Temperatur på udløb varm væske

Fordele ved parallel flow varmeveksler

Tab af tryk er meget lavt
Det er simpelt i konstruktionen og billigt at bygge.

Parallel flow plade varmeveksler

En klynge af plader er anbragt på en systematisk måde over hinanden til dannelse af en række kanaler til fluidstrøm for at udveksle varmeenergi imellem dem. Pladernes forøgelse af overfladearealet muliggør mere varmeoverførsel mellem de to væsker.
Fil: เครื่อง แลกเปลี่ยน ความ ร้อน แบบ p. Png
Fig: 2 Pladetype varmeveksler (billedkredit: Wikimedia)

Parallelflowvarmeveksler vs modstrømsvarmeveksler

Variationen i temperatur mellem varm væske og kold væske i forhold til strømningsretningen er mere udtalt i parallelstrømningsvarmeveksler. Entropien af ​​parallel strømningstype varmeveksler er højere sammenlignet med modvarmeveksler. Modstrømsvarmeveksler er mere effektiv end parallelflowvarmeveksler. For den samme varmeoverførselshastighed, der kræves i begge tilfælde, optager modstrømsvarmeveksler mindre varmeoverførselsareal eller er mere kompakt i størrelse end parallelstrømsvarmeveksler.

Hvad er effektiviteten af ​​parallel flow varmeveksler?

'Effektiviteten (ϵ) af en varmeveksler defineres som forholdet mellem den faktiske varmeoverførsel og den maksimalt mulige varmeoverførsel.'
Faktisk varmeoverførsel (Q) = mh*Cph* (Th1 - Th2
= mc*Cpc* (Tc2 - Tc1)
Maksimal mulig varmeoverførsel (Qmax) = Ch(Th1 - Tc1)
7 billede

Parallelt flow og modstrømsvarmevekslereksperiment

Formål: At bestemme effektiviteten af ​​varmeveksleren i parallel flow og modstrøm.
Eksperimentopsætningen består af følgende komponent,
  • Varmeapparat
  • Pumpe
  • Indløb og udløb af varmt vand
  • Koldt vand indløb og udløb
  • Temperatur måler
  • Flow regulator

Procedure:

Først skal vi tænde testapparatet, derefter tænde for varmeren og indstille vandvarmerens temperatur. Vi må vente på, at vandets temperatur hæves op til det indstillede punkt. Tænd for pumpen for både varmt og koldt vand. Indstil massestrømningshastigheden for både varmt og koldt vand ved hjælp af en flowregulatorknap. Alle temperaturer ved indløb og udgang registreres. Indstil først varmeveksleren i en parallel konfiguration og noter aflæsningerne.

Specifik kapacitet af varm væske: _________

Specifik kapacitet for kold væske: _________

  1. Justeret massestrømningshastighed for varm væske (mh) registreres
  2. Justeret massestrømningshastighed for kold væske (mc) registreres
  3. Indstil indløbstemp. af varm væske registreres (Th1)
  4. Outlet temp. af varm væske registreres (Th2)
  5. Indgangstemperatur Af kold væske registreres (Tc1)
  6. Outlet temp. af kold væske registreres (Tc2)
8 billede

Anvendelse af Parallel flow varmeveksler

Bruges til forvarmning af ovnluft, som udveksler varme mellem frisk kold luft og ovnens spildevandsgasser.
Skal og rør type varmeveksler på skibet anvendte parallel flow varmeveksler.

En tyndvægget parallelrørsvarmeveksler

Arrangementet, hvor en væske strømmer inde i et rør, og den anden væske strømmer mellem den ydre overflade af det første rør og den indvendige overflade af et andet rør, der omgiver det første. Disse rør er koncentriske. 

Counter og parallel flow varmeveksler

Både mod- og parallelstrømsvarmeveksler er direkte overførselstype varmeveksler.
Strømningsretningen for den varme og klodsvæske i tilfælde af modtyper varmeveksler er modsat hinanden, mens retningen af ​​varme og kolde væsker i tilfælde af parallel strømning er den samme.
Log-gennemsnitstemperaturforskellen (LMTD) på er højere i tilfælde af modstrøm sammenlignet med parallelstrømsvarmeveksleren, og modstrømsvarmeveksleren er derfor mindre i størrelse til samme energioverførsel.

Parallelle flowvarmevekslerberegninger

Når både varm og kold væske kommer ind i varmeveksleren fra den samme side, er strømning i en parallel retning og udgang fra den samme side kendt som en parallelstrømningsvarmeveksler.
9 billede
Fig 3: Graf for parallel flow varmeveksler
Formålet er at beregne den samlede varmeoverførselshastighed (Q) mellem varme og kolde væsker i parallelstrømningsvarmeveksleren.
Hvor,
Thi er indløbstemperatur for varm væske
The er udgangstemperatur for varm væske
Tci er kold væskes indgangstemperatur
Tce er udgangstemperatur for kold væske 
ATi = Forskel i indgangstemperatur
     = Thi - Tci
ATe = Afslut temperaturforskel
     = - Tce
11 billede
Q = U x A x ATm
Hvor,
U = Samlet varmeoverføringskoefficient
A = Varmevekslerens samlede varmeoverførselsareal
ATm= Log gennemsnitstemperaturforskel

Dobbeltrørsvarmeveksler med parallel flow

Det har en simpel konstruktion, hvor det ene rør indsættes koncentrisk i det andet. Varm væske og kold væske kommer ind i varmeveksleren fra samme side og strømmer også i samme retning for at udveksle entalpi mellem dem.

I tilfælde af parallelstrømningsvarmeveksler, hvad er værdien af ​​maksimal effektivitet.

'Effektiviteten af ​​en varmeveksler defineres som forholdet mellem den faktiske varmeoverførselshastighed, der finder sted mellem varm og kold væske og den maksimalt mulige varmeoverførselshastighed mellem dem.'
Værdien af ​​maksimal effektivitet i en parallel flow kan være 50%.

Parallel flow afledning af varmeveksler

At udlede en ligning for gennemsnitstemperaturforskel (MTD) og den samlede varmeoverførselshastighed (Q) for parallelstrømsvarmeveksleren.
Overvej det differentielle varmeoverførselsareal ΔA for varmeveksleren med længden Δx, gennem hvilket den forskellige varmeoverførselshastighed mellem varme og kolde væsker er dq.
Dq = U x ΔT x dA
Hvor dA = B * dx, og ΔT = Th - Tc = f (x)
Grænseforhold,
Ved x = 0 (dvs. indløb) ΔT = ΔTi = Thi - Tci
Ved x = L (dvs. udgang) ΔT = ΔTe = - Tce
Således,
dq = -mh*cph* dt
   = + mc*cpc* dt
AT = Th - Tc
d (AT) = dTh - dTc
d (AT) = -dq [(1 / mh*cph) + (1 / mc*cpc)]
dq = U * (dA) * AT 
    = U * ΔT * (BdX)
dq = -U * (dA) * AT * [(1 / mh*cph) + (1 / mc*cpc)]
Integrering af begge sider ved at adskille variabel
12 billede

Parallelt flowdiagram for varmeveksler

Fil: Straight-tube varmeveksler 2-pass.PNG
Fig 4: Parallel flow varmeveksler (billedkredit: Wikimedia)

Parallelle flowvarmevekslerligninger

Ligningen for total udvekslet varme
14 billede
Hvor,
U = Samlet varmeoverføringskoefficient
A = Varmevekslerens samlede varmeoverførselsareal
봗 m = Log gennemsnitstemperaturforskel
Ligningen for Log gennemsnitstemperaturforskel.
15 billede
Hvor,
Dette er indløbstemperaturen for varm væske
Det er udgangstemperatur for varm væske
Tci er indgangstemperatur for kold væske
Tce er udgangstemperatur for kold væske 
ΔTi = indgangstemperaturforskel
     = Thi - Tci
ΔTe = Udgangstemperaturforskel
     = - Tce

Eksempel på parallelvarmeveksler

Skal og rør
Dobbelt rør
Pladetype

Parallel flow-varmeveksler-graf

 

Skærmbillede 2021 05 26 kl. 8.37.53
Fig 5: Temperaturfordelingsgraf

Fordele og ulemper ved parallel flow varmeveksler

Fordel:

Det er simpelt i konstruktionen og billigt at bygge.
Hurtige hentninger
Lavt tryk tab

Ulempe:

Mindre effektivitet
Størrelsen er større for samme varmeoverførsel

Identificer egenskaberne ved parallelvarmevekslere.

Den parallelle strømningsvarmeveksler er kendetegnet ved direkte strømningstype varmeveksler, i hvilken strømningsretning er den samme for både varm og kold væske under energioverførsel.

LMTD ligning til parallel flow varmeveksler

Det er parameteren, der tager højde for variationen af ​​AT (temperaturforskel på indgangssiden og udgangssiden af ​​varmeveksleren) i forhold til retningen af ​​varm væskestrøm ved at beregne det gennemsnitligt langs hele varmevekslerens længde fra indløb til udgang.
Loggennemsnitstemperaturforskel (LMTD) er forholdet mellem forskellen i forskel på indgangstemperatur og forskel i udgangstemperatur til Log på forholdet mellem forskellen i forskel mellem indgangstemperatur og forskel i forskel i udgangstemperatur.
18 billede
Hvor,
Dette er indløbstemperaturen for varm væske
Det er udgangstemperatur for varm væske
Tci er indgangstemperatur for kold væske
Tce er udgangstemperatur for kold væske 
ΔTi = indgangstemperaturforskel
    = Thi - Tci
ΔTe = Udgangstemperaturforskel
    = - Tce

Optimering af parallel flow varmeveksler

Skal og rørformet parallelstrømsvarmeveksler kan optimeres med en ny type antivibrationsspændebaffel. Den geometriske parameter som baffelafstand og baffelbredde påvirker også dens ydeevne. Strømningstype er en vigtig parameter, der skal overvejes for optimering af varmeveksleren.

Definer temperaturgradient i tilfælde af Parallel flow varmeveksling

Forskellen i temperatur mellem temperaturforskel i indgangssiden og udgangssiden af ​​varmeveksleren kaldes temperaturgradient. I tilfælde af en parallelstrømningsvarmeveksler er den ikke ensartet og falder gradvist i strømningsretningen.
Skærmbillede 2021 06 02 kl. 7.40.40
Fig 6: Temperaturgradient i parallel flow (billedkredit: Wikimedia)

I hvilken tilstand skal vi bruge parallel flow varmeveksler?

Grænsen for udgangstemperatur for kold væske er udgangstemperatur for varm væske i tilfælde af parallelstrømningsvarmeveksler. Så det bruges hovedsageligt, hvor det anbefales at begrænse overførsel af varme.

Numerisk spørgsmål:

Que: Varmt vand ved 46 ℃ kommer ind i varmeveksleren for at øge entalpi af vand, der kommer ind ved 10 ℃ og kommer ud af varmeveksleren ved 38 ℃. Massestrømningshastigheden for varm væske er 25 l / s, og massestrømningshastigheden for kold væske er 19 l / s. Hvis der ikke finder sted varmetab under varmeoverførslen, hvad er temperaturen på den varme væske ved udgangen?

Sol: Givet indløbstemperatur for varm væske (T1) = 46 ℃

     Givet indløbstemperatur for kold væske (T3) = 10 ℃ 

     Givet udgangstemperatur for kold væske (T4) = 38 ℃

     For at finde udgangstemperaturen for varm væske (T2) = X

     Vandtæthed () = 1000 kg / m3

     Masse strømningshastighed varm væske (mh)= 25 l/s

     Massestrømningshastighed for kold væske (mc) = 19 l / s

     Varmekapacitet for vand (c) = 4186 J / kg-K

Varme tabt af varmt vand er den samme som den varme, som den kolde væske vinder.

mh * c * (T1-T2) = mc * c * (T3 - T4)

25 (46 - T2) = 19 (38 - 10)

T2 = 24.72 ℃

Udgangstemperaturen for det varme vand er 24.72 ℃

FAQ / korte noter

Hvor anvendes parallel flow varmeveksler

Den parallelle strømningsvarmeveksler anvendes hovedsageligt, hvor begrænset varmeoverførsel anbefales. Grænsen for udgangstemperaturen for kold væske er udgangstemperaturen for varm væske i tilfælde af parallel strømningsvarmeveksler.

Crossflow vs parallel flow varmeveksler

For den samme varmeoverførselshastighed, der kræves i begge tilfælde, optager modstrømsvarmeveksler mindre varmeoverførselsareal eller er mere kompakt i størrelse end parallelstrømsvarmeveksler.

 

Når vand opvarmes og olie afkøles i en varmeveksler. vil den følge en modstrømsvej eller parallel strømningsvej?

Både type varmeveksler kan bruges, men modstrømsvarmeveksleren vil optage mindre plads sammenlignet med parallelstrømsvarmeveksleren.