1
©A.J. Nowak
1
5.
5. Wymienniki cieplne
Wymienniki cieplne
Wymienniki ciepła to aparaty, w których
podczas kontaktu dwu (lub więcej) czynników
(płynów) o różnych temperaturach ma miejsce
przekazywanie energii na sposób ciepła.
• wymienniki ciepła przeponowe
(rekuperatory)
• regeneratory
• bezprzeponowe mokre wymienniki ciepła
(mieszalniki)
©A.J. Nowak
2
5.1.
5.1. Rekuperatory współprądowe i
Rekuperatory współprądowe i
przeciwprądowe
przeciwprądowe
t t
1d
D
t
p
t
1
t
2
D
t
k
D
t
1
D
t
2
t
2d
t
2w
t
1w
0
x
t
w
D
t
p
t
1
t
2
D
t
k
D
t
1
D
t
2
t
2d
t
2w
t
1w
0
x
t
w
t
1d
t
1
m
2
m
1
m
2
m
Przeciwprąd
Współprąd
©A.J. Nowak
3
• współczynnik przenikania ciepła k jest w
całym wymienniku taki sam
• brak jest strat ciepła do otoczenia
• właściwości cieplne czynników (ciepło
właściwe) jest niezależne od temperatury
ot
w
w
d
d
Q
i
m
i
m
i
m
i
m
2
2
1
1
2
2
1
1
d
w
p
w
d
p
t
t
c
m
t
t
c
m
2
2
2
1
1
1
Q
t
W
t
W
2
2
1
1
4
©A.J. Nowak
10
5.2. Średnia różnica temperatur i
5.2. Średnia różnica temperatur i
powierzchnia wymiany ciepła
powierzchnia wymiany ciepła
D
D
A
m
x
x
t
L
A
t
d
1
D
D
x
U
W
W
k
t
x
t
p
2
1
1
1
exp
2
1
1
1
exp
W
W
A
k
t
t
p
k
©A.J. Nowak
11
k
p
k
p
m
t
t
t
t
t
ln
mn
wk
mn
wk
m
t
t
t
t
t
ln
m
t
A
k
Q
©A.J. Nowak
12
Wzory Hudlera
Wzory Hudlera
w
d
d
w
w
w
d
w
d
W
A
k
t
t
t
t
t
t
W
t
t
W
exp
2
1
2
1
2
2
2
1
1
1
dla współprądu
2
1
1
1
1
W
W
W
w
6
©A.J. Nowak
16
R
P
otrzymujemy:
R
R
S
P
1
1
1
exp
1
R
S
R
R
S
P
1
1
exp
1
1
exp
1
dla współprądu:
dla przeciwprądu:
©A.J. Nowak
17
0.000000
0.200000
0.400000
0.600000
0.800000
1.000000
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
S
F
i
R = 0.25
R = 0.5
R = 0.75
R = 1.25
R = 2.0
R = 10000
Funkcja dla przeciwprądu:
©A.J. Nowak
18
Funkcja dla współprądu:
0.000000
0.200000
0.400000
0.600000
0.800000
1.000000
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
S
F
i
R = 0.25
R = 0.5
R = 0.75
R = 1.25
R = 2.0
R = 10000
7
©A.J. Nowak
19
S
R
t
t
Q
Q
m
m
prze
wsp
,
przeciw
współ
0.500000
0.600000
0.700000
0.800000
0.900000
1.000000
1.100000
0.02
2.08
4.14
6.19
8.25 10.31 12.37 14.43 16.48 18.54
1/R
F
i
S = 0.1
S = 0.5
S = 1
S = 2
S = 10
©A.J. Nowak
20
5.3. Obliczenia sprawdzające wymiennika
5.3. Obliczenia sprawdzające wymiennika
ciepła
ciepła –
– znana jest konstrukcja
znana jest konstrukcja
wymiennika
wymiennika
1. Bilans energii dla wymiennika i określenie:
•
jaki strumień ciepła musi zostać wymieniony
•
jakie są parametry drugiego czynnika
Q
t
W
t
W
2
2
1
1
©A.J. Nowak
21
2. Obliczenie średniej logarytmicznej różnicy
temperatur:
mn
wk
mn
wk
m
t
t
t
t
t
ln
3. Obliczenie współczynnika przenikania ciepła:
2
1
2
1
1
1
1
1
1
osad
R
k
8
©A.J. Nowak
22
4. Obliczenie strumienia ciepła faktycznie
wymienianego w wymienniku:
m
w
t
A
k
Q
D
5. Sprawdzenie:
w
Q
Q
czy
©A.J. Nowak
23
5.4. Obliczenia projektowe wymiennika
5.4. Obliczenia projektowe wymiennika
ciepła
ciepła –
– konstrukcja wymiennika jest
konstrukcja wymiennika jest
nieznana
nieznana
1. Bilans energii dla wymiennika i określenie:
•
jaki strumień ciepła musi zostać wymieniony
•
jakie są parametry drugiego czynnika
Q
t
W
t
W
2
2
1
1
©A.J. Nowak
24
2. Obliczenie średniej logarytmicznej różnicy
temperatur:
mn
wk
mn
wk
m
t
t
t
t
t
ln
3. Obliczenie współczynnika przenikania ciepła:
•
wymaga założenia konstrukcji wymiennika, np.
liczby i średnicy rurek
2
1
2
1
1
1
1
1
1
osad
R
k
9
©A.J. Nowak
25
4. Obliczenie powierzchni wymiany ciepła
znając strumień ciepła wymienianego w
wymienniku:
m
w
t
k
Q
A
D
5. Sprawdzenie czy powierzchnia wymiany
ciepła A odpowiada jego założonej
konstrukcji
