Prijenos topline i masePrijenos topline i maseIzmjenjivai topline

Nenad Debrecin, Sinia adek

FER 2013FER, 2013.

Prijenos topline i mase

Sadraj predavanjaSadraj predavanjaSadraj predavanjaSadraj predavanja

Izmjenjivai topline Rezultantni koeficijent prijelaza topline izmeu fluidaRezultantni koeficijent prijelaza topline izmeu fluida

Proraun izmjenjivaa topline

Prosjena logaritamska temperaturna razlika Prosjena logaritamska temperaturna razlika

Proraun temperatura fluida u izmjenjivaima poznate povrinepovrine

Izmjenjivai s kombiniranim strujanjem fluida

Efikasnost izmjenjivaa topline Efikasnost izmjenjivaa topline

Energijske tehnologije22Prijenos topline i mase: Izmjenjivai topline

Izmjenjivai toplineIzmjenjivai toplineIzmjenjivai toplineIzmjenjivai toplineIzmjenjivai topline su aparati u kojima se toplinska energija sadrana u struji jednog fluida predaje struji drugog fluida.struji jednog fluida predaje struji drugog fluida.

Energijske tehnologije3Prijenos topline i mase: Izmjenjivai topline

Ukupni koeficijent prijelaza topline izmeu fluidaUkupni koeficijent prijelaza topline izmeu fluidafluidafluida

Toplinski otpor izmeu dvaju fluida u izmjenjivau topline sastoji se iz triju komponenti:iz triju komponenti:

Prenesena toplinska snaga:

Rezultantni koeficijent prijelaza topline:

q = kF(T1 - T2)

Energijske tehnologije4

q ( 1 2)

Prijenos topline i mase: Izmjenjivai topline

Proraun izmjenjivaa toplineProraun izmjenjivaa toplineProraun izmjenjivaa toplineProraun izmjenjivaa topline

f b i t t i j k i ifi i t li ki k it t fl id

Energijske tehnologije5

v, , f, c brzina, gustoa, protoni presjek i specifini toplinski kapacitet fluida

Prijenos topline i mase: Izmjenjivai topline

Proraun izmjenjivaa toplineProraun izmjenjivaa toplineProraun izmjenjivaa toplineProraun izmjenjivaa topline

W=vfc vodena vrijednost

Istosmjerni izmjenjiva topline:Istosmjerni izmjenjiva topline:

T T = T1 T2

Protustrujni izmjenjiva topline:

Energijske tehnologije6Prijenos topline i mase: Izmjenjivai topline

Prosjena logaritamska temperaturna razlikaProsjena logaritamska temperaturna razlikarazlikarazlika

Prosjena temperaturna razlika (Tsr) je ona prosjena temperaturna razlika izmeu dvaju fluida u izmjenjivau topline uz koju bismo dobili jednaku prenesenuizmeu dvaju fluida u izmjenjivau topline uz koju bismo dobili jednaku prenesenu toplinu s jednog fluida na drugi kao uz stvarnu, prostorno promjenjivu, temperaturnu razliku:

Energijske tehnologije7Prijenos topline i mase: Izmjenjivai topline

Prosjena logaritamska temperaturna razlikaProsjena logaritamska temperaturna razlikarazlikarazlika

Ako uzmemo u obzir da su temperature fluida na ulazu u izmjenjiva toplineoznaene s T1 i T2, a na izlazu iz izmjenjivaa s T1 i T2, moemo pisati:

Energijske tehnologije8Prijenos topline i mase: Izmjenjivai topline

Proraun temperatura fluida u izmjenjivaima poznate povrineProraun temperatura fluida u izmjenjivaima poznate povrineizmjenjivaima poznate povrineizmjenjivaima poznate povrine

Ako je kod izmjenjivaa topline poznate povrine te poznatih ulaznih temperaturai karakteristika fluida potrebno odrediti njihove izlazne temperature:

Kreemo od relacije

1. Istosmjerni izmjenjiva topline

Energijske tehnologije9Prijenos topline i mase: Izmjenjivai topline

Proraun temperatura fluida u izmjenjivaima poznate povrineProraun temperatura fluida u izmjenjivaima poznate povrineizmjenjivaima poznate povrineizmjenjivaima poznate povrine

Iz bilance topline slijedip j

Kombinacijom prethodna dva izraza dobije se:

Energijske tehnologije10Prijenos topline i mase: Izmjenjivai topline

Proraun temperatura fluida u izmjenjivaima poznate povrineProraun temperatura fluida u izmjenjivaima poznate povrineizmjenjivaima poznate povrineizmjenjivaima poznate povrine

2. Protusmjerni izmjenjiva topline

Iz bilance topline slijedi

Kombinacijom prethodna dva izraza, nakon sreivanja, dobije se:

Energijske tehnologije11Prijenos topline i mase: Izmjenjivai topline

Proraun temperatura fluida u izmjenjivaima poznate povrineProraun temperatura fluida u izmjenjivaima poznate povrineizmjenjivaima poznate povrineizmjenjivaima poznate povrine

Ako jedan fluid isparuje, npr. na primarnoj strani, temperatura e biti konstantna j p j , p p j , p(T1=T1=T1), te moemo uzeti W1=U tom sluaju vrijedi:

Ako su vodene vrijednosti kod protusmjernog izmjenjivaa topline jednake j p j g j j p j(W1=W2=W), promjena temperature fluida 1 odreena je izrazom:

Energijske tehnologije12Prijenos topline i mase: Izmjenjivai topline

Izmjenjivai topline s kombiniranim strujanjem fluidaIzmjenjivai topline s kombiniranim strujanjem fluidastrujanjem fluidastrujanjem fluida

U praksi se izmjenjivai topline grade s prostornim rasporedom struja primarnog i sekundarnog fluida koji odgovara kombinaciji istosmjernog, protusmjernog i poprenog (unakrsnog) rasporeda.Uvodi se korekcijski faktor kojim treba pomnoiti prosjenu temperaturnu razliku j j p p j pprotusmjernog izmjenjivaa da bi se dobila prosjena temperaturna razlika za razmatrani tip izmjenjivaa

=f(P, R)

Energijske tehnologije13Prijenos topline i mase: Izmjenjivai topline

Efikasnost izmjenjivaa toplineEfikasnost izmjenjivaa toplineEfikasnost izmjenjivaa toplineEfikasnost izmjenjivaa topline

Kod idealnog izmjenjivaa topline, izlazna bi temperatura toplijeg fluida bila izjednaena s ulaznom strujom hladnijeg fluida. U tom bi sluaju prenesena toplina bila maksimalna i dana relacijom

Kod stvarnih izmjenjivaa, prenesena toplina Q manja je od maksimalne, pa moemo definirati stupanj uinkovitosti izmjenjivaa topline s odnosom

Energijske tehnologije14Prijenos topline i mase: Izmjenjivai topline