CCF20130410010

gdzie AT, i AT₂ są różnicami temperatur pomiędzy dwoma płynami przy wlocie i wylocie wymiennika ciepła.

Metoda LMTD jest łatwa w stosowaniu tak długo, jak temperatury dwóch strumieni płynów przy wejściu/wyjściu są znane lub mogą być wyznaczone z wykorzystaniem bilansu energii pomiędzy dwoma płynami:

o = m_hc_ph (T_hin - T_{h out}) = m_cc_pc (T_coul - T_cin) = UAAT_lm (5.2)

gdzie indeksy „h” oraz „c” reprezentują odpowiednio płyny gorący i zimny; U -współczynnik całkowitej wymiany ciepła (W/nrK); c_p - ciepło właściwe (kJ/kg°C); m -szybkość przepływu masy (kg/s); A - całkowita powierzchnia wewnętrznej rury wymienika ciepła (m²).

Metoda efektywności-NTU jest stosowana do wyznaczania temperatur wylotu dwóch strumieni dla znanej szybkości przepływu masy (kg/s) oraz temperatur wlotu dla danego wymienika ciepła. Ta metoda jest oparta na efektywności wymiany ciepła, s, zdefiniowanego przez:

_£ _ Q _ rzeczywista szybkość wymiany ciepła Q_max maksymalna możliwa szybkość wymiany ciepła gdzie s jest wartością efektywności. Rzeczywista szybkość wymiany ciepła jest dana równaniem (5.2), natomiast maksymalna możliwa szybkość wymiany ciepła jest określona przez równanie:

Q_max=C_min(r -T )    (5.4)

max    min \ hjf7    cyy? /    '    /

gdzie C=mxc_p jest pojemnością cieplną (kJ/°C). C_mi_n jest wykorzystane w równaniu (5.4), ponieważ płyn o mniejszej pojemności cieplnej będzie podlegał większym zmienom temperatury.

W tym ćwiczeniu laboratoryjnym przeprowadzimy eksperyment mający na celu określenie wpływu szybkości przepływu na temperatury wylotu ogrzewającego płynu (gorąca woda) i ciekłego produktu żywnościowego (zimne mleko) z wykorzystaniem rurowego wymiennika ciepła.

5.2. Cele ćwiczenia:

1)    Wyznaczenie temperatury wylotowej mleka i gorącej wody wypływających z rurowego wymiennika ciepła.

2)    Zbadanie opcji przepływu równoległego i w przeciwprądzie oraz ich wydajności.

3)    Wyznaczenie współczynnika całkowitej wymiany ciepła dla rurowego wymiennika ciepła.

5.3. Wykonanie ćwiczenia:

W tym doświadczeniu weźmiemy pod uwagę ogrzewanie zimnego młeka przy pomocy gorącej wody w rurowym wymienniku ciepła z opcją przepływu równoległego i w przeciwprądzie. W eksperymencie laboratoryjnym wykorzystano rurowy wymiennik ciepła z zamocowanymi termoparami do mierzenia temperatur strumieni wlotowego i wylotowego. Zmierzono szybkości przepływu produktu i ogrzewajacego/chłodzącego płynu.

W symulacji komputerowej weźmiemy pod uwagę rurowy wymiennik ciepła z opcją przepływu równoległego i w przeciwprądzie. Sugerowane temperatury wlotowe wynoszą 90°C dla gorącej wody i 4°C dla zimnego mleka. Promienie rur zewnętrznej i wewnętrznej wynoszą 3 oraz 2cm, natomiast całkowita długość wymiennika ciepła wynosi lOm. W poniższej tabeli wymienione są sugerowane zmienne dla każdej próby.

11