FINタイプの熱交換器の熱伝達率を計算する方法は？

ちょっと、そこ！のサプライヤーとしてフィンタイプの熱交換器、私はしばしば、これらの気の利いたデバイスの熱伝達速度を計算する方法について尋ねられます。だから、たとえあなたが熱伝達が鳴っていなくても、理解しやすい方法でそれを分解すると思いました。

まず、フィンタイプの熱交換器が何であるかについて話しましょう。これは、2つの流体（通常は液体とガス）の間に熱を伝達するデバイスであり、フィンを使用して熱伝達に利用できる表面積を増加させます。この設計により、FINタイプの熱交換器は、HVACシステムから産業プロセスまで、さまざまな業界で非常に効率的で広く使用されています。

それでは、熱伝達速度を計算するのはざらざらしています。知っておくべきいくつかの重要な要因と方程式があります。

熱伝達の基本

熱伝達は、伝導、対流、および放射の3つの方法で発生する可能性があります。 FINタイプの熱交換器では、伝導と対流が主なプレーヤーです。

伝導とは、固体材料を介した熱の移動です。私たちの熱交換器では、これはフィンとチューブ内で発生します。伝導速度はフーリエの法則によって支配されています。これは、固体を介した熱伝達速度（q）は、材料全体の温度差に比例し、材料の断面面積（a）、材料の熱伝導率（k）が材料の厚さ（L）に反比例することを示しています。方程式は（q = -ka \ frac {dt} {dx}）で、ここで（\ frac {dt} {dx}）は温度勾配です。

一方、対流は、固体表面と液体の間の熱の移動です。それは、強制対流（流体がファンやポンプのような外力によって移動するとき）または自然な対流（温度変動によって引き起こされる密度の違いにより流体が移動する場合）のいずれかを強制します。対流による熱伝達速度は、ニュートンの冷却法則によって与えられます：（q = ha \ delta t）、ここで、（h）は対流熱伝達係数であり、（a）表面積、（\ delta t）は固体表面と液の間の温度差です。

FINタイプの熱交換器での熱伝達速度の計算

FINタイプの熱交換器の全体的な熱伝達速度を計算するために、通常、熱伝達係数（U）の概念を使用します。全体的な熱伝達係数は、熱交換器の熱い側面と寒冷側の両方の熱伝達に対する抵抗と、チューブの壁を通る伝導による抵抗を考慮します。

熱交換器の熱伝達速度の方程式は（q = ua \ delta t_ {lm}）、ここで（u）は全体的な熱伝達係数、（a）は総熱伝達面積（フィンを含む）、および（\ delta t_ {lm}）はlog -平均温度差です。

1。全体的な熱伝達係数の決定（U）

全体の熱伝達係数は、次の方程式を使用して計算できます。 kl}+\ frac {r_fo} {k_o}+\ frac {1} {h_o}）、ここで（h_i）と（h_o）は、それぞれ内側と外側の対流熱伝達係数です。 （K_O）は、チューブの内側と外側の流体の熱伝導率であり、（R_I）および（R_O）はチューブの内側および外側半径であり、（k）はチューブ材料の熱伝導率であり、（L）はチューブの長さです。

対流熱伝達係数（H_I）および（H_O）は、経験的相関を使用して決定できます。たとえば、チューブ内の強制対流の場合、dittus -boelter方程式を使用できます。 （pr = \ frac {\ mu c_p} {k}）はprandtl数、（d）はチューブの直径、（\ rho）は流体の密度です。（v）は流体の速度です。 0.3）冷却用。

2。総熱伝達領域の計算（a）

フィンタイプの熱交換器の総熱伝達面積には、チューブの面積とフィンの面積が含まれます。チューブの面積は、内面領域の（a_t = \ pi d_il）、外表面積で（a_o = \ pi d_ol）として計算できます。

フィンの面積は、そのジオメトリに基づいて計算できます。たとえば、長方形のフィンの場合、単一のフィンの面積は（A_F = 2L_FW_F+2T_FL_F）、（L_F）はフィンの長さ、（W_F）はフィンの幅、（T_F）はフィンの厚さです。総フィン面積は、単一のフィンの面積にフィンの数を掛けます。

3.ログの検索 - 平均温度差（（\ delta t_ {lm}））

対数 - 平均温度差は、熱交換器の長さに沿って温水と冷水の温度差が変化するという事実を説明するために使用されます。式（\ delta t_ {lm} = \ frac {\ delta t_1- \ delta t_2} {\ ln（\ frac {\ delta t_1} {\ delta t_2}）}）を使用して計算されます。熱交換器の両端にある冷水。

特別な考慮事項

FINタイプの熱交換器の熱伝達速度を計算する際には、他にも留意すべきことがいくつかあります。

• フィンの効率：フィンは、熱の伝達に100％効率的ではありません。 FIN効率（（\ ETA_F））は、フィンに沿った温度がフィンのベースから先端まで低下するという事実を考慮しています。 FINの効率は、FINジオメトリに応じて分析的または数値的な方法を使用して計算できます。効果的なフィン領域は（a_ {fe} = \ eta_fa_f）です。
• ファウリング：時間の経過とともに、堆積物は熱交換器の表面に蓄積し、熱伝達に対する抵抗を増加させることができます。これはファウリングと呼ばれます。前述のように、ファウリング抵抗（R_FI）および（R_FO）は、全体的な熱伝達係数の計算に含まれています。

REAL-世界アプリケーション

FINタイプの熱交換器は、幅広いアプリケーションで使用されます。例えば、SRL産業ラジエーターは、産業環境で一般的に使用されるフィンタイプの熱交換器の一種です。空冷熱交換器別の例です。これは、空気を冷却媒体として使用します。

これらのアプリケーションでは、適切な設計と動作には、熱伝達速度を正確に計算することが重要です。たとえば、産業プロセスでは、熱伝達速度が誤って計算されている場合、機器は液体を希望の温度に冷却できず、プロセス機器の影響や損傷さえもたらします。

まとめて手を伸ばします

FINタイプの熱交換器の熱伝達速度を計算すると、複雑に見える場合がありますが、熱伝達の基本原理を理解し、適切な方程式を使用することにより、管理可能になります。 FINタイプの熱交換器のサプライヤーとして、これらの計算を支援し、ニーズに合った熱交換器を確実に手に入れるための専門知識と経験があります。

FINタイプの熱交換器の市場にいる場合、または熱伝達計算に関する詳細情報が必要な場合は、お気軽にご連絡ください。私たちはあなたのアプリケーションに最適な選択をするのを支援するためにここにいます。会話を始めて、熱伝達要件を満たすために協力する方法を見てみましょう。

参照

• Incropera、FP、＆Dewitt、DP（2002）。熱と物質移動の基礎。ジョン・ワイリー＆サンズ。
• ホルマン、JP（2002）。熱伝達。マクグロー - ヒル。