เฮ้ ฉันเป็นซัพพลายเออร์ในธุรกิจเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและวันนี้ฉันต้องการพูดคุยเกี่ยวกับวิธีการใช้วิธี NTU (จำนวนหน่วยโอน) เพื่อออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน วิธีนี้มีประโยชน์มากและนำไปใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมดังนั้นเรามาดำน้ำกันเถอะ!
วิธี NTU คืออะไร?
ก่อนอื่นเรามาทำความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับวิธีการของ NTU วิธีการ NTU เป็นวิธีการวิเคราะห์และออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเมื่ออุณหภูมิทางเข้าของของเหลวร้อนและเย็นเป็นที่รู้จัก แต่อุณหภูมิทางออกไม่ได้ มันขึ้นอยู่กับแนวคิดของจำนวนหน่วยการถ่ายโอน (NTU) และอัตราส่วนอัตราความจุความร้อน (C_R)
NTU ถูกกำหนดเป็นอัตราส่วนของค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม (U) เป็นครั้งที่พื้นที่ถ่ายเทความร้อน (A) ต่ออัตราความจุความร้อนขั้นต่ำ (C_MIN) ของของเหลวทั้งสอง ในทางคณิตศาสตร์มันเขียนเป็น ntu = ua / c_min อัตราส่วนอัตราความจุความร้อน C_R คืออัตราส่วนของค่าต่ำสุดต่ออัตราความจุความร้อนสูงสุดของของเหลวทั้งสองคือ C_R = C_MIN / C_MAX
ทำไมต้องใช้วิธี NTU?
วิธี NTU นั้นยอดเยี่ยมเพราะมันทำให้กระบวนการออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนง่ายขึ้น แทนที่จะต้องแก้สมการที่ซับซ้อนสำหรับอุณหภูมิทางออกเราสามารถใช้แผนภูมิหรือสมการที่คำนวณได้ล่วงหน้าตาม NTU และ C_R เพื่อค้นหาประสิทธิภาพ (ε) ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ประสิทธิภาพคืออัตราส่วนของอัตราการถ่ายเทความร้อนจริง (q) ต่ออัตราการถ่ายเทความร้อนสูงสุด (q_max) ดังนั้นε = q / q_max
ขั้นตอนในการใช้วิธี NTU สำหรับการออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
ขั้นตอนที่ 1: รวบรวมข้อมูลที่จำเป็น
ก่อนที่เราจะเริ่มเราต้องรวบรวมข้อมูลสำคัญบางอย่าง เราจำเป็นต้องรู้อัตราการไหล (M_DOT) และความสามารถในการให้ความร้อนจำเพาะ (C_P) ของของเหลวร้อนและเย็น จากสิ่งเหล่านี้เราสามารถคำนวณอัตราความจุความร้อน c = m_dot * c_p สำหรับแต่ละของเหลว จากนั้นเราสามารถกำหนด c_min และ c_max
ตัวอย่างเช่นหากเรามีของเหลวร้อนที่มีอัตราการไหลของมวล m_dot_h = 2 kg/s และความจุความร้อนเฉพาะ c_p_h = 2000 j/(kg · k) และของเหลวเย็นด้วย m_dot_c = 3 kg/s และ c_p_c = 1500 J/(kg · k) อัตราความจุความร้อนของของเหลวร้อน c_h = m_dot_h * c_p_h = 2 * 2000 = 4000 w/k และอัตราความจุความร้อนของของเหลวเย็น c_c = m_dot_c * c_p_c = 3 * 1500 = 4500 w/k ดังนั้น c_min = c_h = 4000 w/k และ c_max = c_c = 4500 w/k
ขั้นตอนที่ 2: กำหนดอัตราส่วนอัตราความจุความร้อน (C_R)
การใช้ค่าของ c_min และ c_max ที่เราเพิ่งพบเราคำนวณ c_r ในตัวอย่างของเรา c_r = c_min / c_max = 4000 /4500 ≈ 0.89
ขั้นตอนที่ 3: ตัดสินใจเกี่ยวกับการถ่ายเทความร้อนที่ต้องการ
เราจำเป็นต้องคิดออกว่าเราต้องการถ่ายเทความร้อนเท่าใด ซึ่งอาจขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของกระบวนการ ตัวอย่างเช่นหากเราต้องการทำให้ของเหลวร้อนเย็นลงจากอุณหภูมิที่แน่นอนไปยังอีกอุณหภูมิเราสามารถคำนวณอัตราการถ่ายเทความร้อนโดยใช้สูตร Q = M_DOT_H * C_P_H * (T_H_IN - T_H_OUT)
ขั้นตอนที่ 4: คำนวณประสิทธิภาพ (ε)
ประสิทธิภาพεสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรε = q / (c_min * (t_h_in - t_c_in)) โดยที่ t_h_in คืออุณหภูมิทางเข้าของของเหลวร้อนและ t_c_in เป็นอุณหภูมิทางเข้าของของเหลวเย็น
ขั้นตอนที่ 5: ค้นหาค่า NTU
เมื่อเรามีประสิทธิภาพεและอัตราส่วนอัตราความจุความร้อน C_R เราสามารถใช้ความสัมพันธ์ NTU - εที่เหมาะสมสำหรับประเภทของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่เราออกแบบ ตัวอย่างเช่นสำหรับตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเคาน์เตอร์ - ความสัมพันธ์ NTU - εได้รับจาก:
ε = (1 - exp (-ntu * (1 - c_r)))) / (1 - c_r * exp (-ntu * (1 - c_r))))))))))))))))))))
ถ้า c_r = 1 ดังนั้นε = ntu / (1+ntu)
เราสามารถแก้สมการนี้สำหรับ NTU ได้ทั้งวิเคราะห์ (สำหรับบางกรณีง่าย ๆ ) หรือตัวเลข (โดยใช้ซอฟต์แวร์เช่น MATLAB หรือ Excel)
ขั้นตอนที่ 6: คำนวณพื้นที่ถ่ายเทความร้อน (a)
หลังจากเราพบค่า NTU เราสามารถคำนวณพื้นที่ถ่ายเทความร้อนโดยใช้สูตร A = NTU * C_MIN / U โดยที่ U คือค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวมขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนของเหลวที่เกี่ยวข้องและเงื่อนไขการไหล
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนประเภทต่าง ๆ และ NTU
มีตัวแลกเปลี่ยนความร้อนหลายประเภทเช่นขนาน - การไหล, เคาน์เตอร์ - ไหลและข้าม - แลกเปลี่ยนความร้อนแบบไหล แต่ละประเภทมีความสัมพันธ์ NTU - εของตัวเอง
- ขนาน - ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบไหล: ประสิทธิภาพที่กำหนดโดยε = (1 - exp (-ntu * (1 + c_r))) / (1 + c_r)
- เคาน์เตอร์ - เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบไหล: ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ความสัมพันธ์มีความซับซ้อนมากขึ้นเมื่อ c_r ≠ 1 และง่ายขึ้นเมื่อ c_r = 1
- ข้าม - ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนไหล: ความสัมพันธ์ NTU - εมีความซับซ้อนมากขึ้นและมักจะต้องใช้แผนภูมิหรือสหสัมพันธ์เชิงประจักษ์
ผลิตภัณฑ์เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนของเรา
ในฐานะผู้จัดหาเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเรานำเสนอเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีคุณภาพสูง ตัวอย่างเช่นเรามีไฟล์เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแผ่นปะเก็น Titanum- ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนประเภทนี้เป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนและความทนทานที่ยอดเยี่ยม ปะเก็นไทเทเนียมให้ซีลที่ดีและสามารถทนต่อแรงกดดันและอุณหภูมิสูง
เรายังมีตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบโคแอกเชียลสำหรับปั๊มความร้อน- เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบโคแอกเซียลเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานปั๊มความร้อนเนื่องจากสามารถให้การถ่ายเทความร้อนที่มีประสิทธิภาพในการออกแบบขนาดกะทัดรัด
และอย่าลืมของเราตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแทนทาลัม- Tantalum เป็นวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อนสูงทำให้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนนี้เหมาะสำหรับใช้ในสภาพแวดล้อมทางเคมีที่รุนแรง
บทสรุป
วิธี NTU เป็นเครื่องมือที่ทรงพลังสำหรับการออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน โดยทำตามขั้นตอนที่ระบุไว้ข้างต้นเราสามารถออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ตรงตามข้อกำหนดเฉพาะของเรา ไม่ว่าคุณจะอยู่ในอุตสาหกรรมเคมี, HVAC หรือสาขาอื่น ๆ ที่ต้องใช้การถ่ายเทความร้อนวิธี NTU สามารถช่วยให้คุณทำงานได้สำเร็จ
หากคุณสนใจผลิตภัณฑ์เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนของเราหรือต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนโดยใช้วิธี NTU อย่าลังเลที่จะติดต่อเรา เราอยู่ที่นี่เพื่อช่วยเหลือคุณเกี่ยวกับความต้องการการถ่ายเทความร้อนและสามารถให้บริการโซลูชั่นที่ดีที่สุดสำหรับโครงการของคุณ
การอ้างอิง
- Incropera, FP, & Dewitt, DP (2002) พื้นฐานของความร้อนและการถ่ายโอนมวล John Wiley & Sons
- Shah, RK, & Sekulic, DP (2003) พื้นฐานของการออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน John Wiley & Sons