Celkový koeficient přenosu tepla: 11 důležitých faktů

CO JE CELKOVÝ KOEFICIENT PŘENOSU TEPLA?

V průmyslu se problémy s přenosem tepla obvykle řeší u kompozitních materiálů nebo systémů s různými vrstvami, které zahrnují různé způsoby přenosu tepla, jako je vedení, konvekce a záření. Tepelný odpor, který nabízejí různé vrstvy v systému, se označuje jako celkový koeficient přenosu tepla. Je také známý jako U-faktor.

U-faktor, který se používá při výpočtu celkového přenosu tepla, je analogický s konvekčním koeficientem přenosu tepla použitým v Newtonově zákonu chlazení. Celkový součinitel přestupu tepla závisí na geometrii objektu nebo povrchu. Například ve zdi můžeme pozorovat různé režimy přenosu tepla, vnější povrch stěny prochází konvekčním přenosem tepla, zatímco prostor mezi stěnami prochází vodivým způsobem přenosu tepla.

Celkový součinitel prostupu tepla stěnou se považuje za součet součinitele konvekčního přenosu tepla a součinitele vodivého přenosu tepla. Stručně řečeno, celkový koeficient přenosu tepla je součtem jednotlivých koeficientů přenosu tepla. Níže je vysvětleno další vysvětlení odvození celkového součinitele prostupu tepla a jeho použití pro problémy s přenosem složeného tepla.

VÝZNAM CELKOVÉHO KOEFICIENTU PŘENOSU TEPLA

V průmyslových aplikacích je nezbytné znát celkový koeficient přenosu tepla, zejména v případech, kdy je třeba rychlost přenosu tepla optimalizovat pro lepší výkon systému. Pro výpočet rychlosti přenosu tepla Q (tečka) pro jakýkoli systém s různými tekutinami nebo různými vrstvami je nezbytné znát celkový koeficient přenosu tepla.

Z hodnoty celkového součinitele prostupu tepla a rychlosti přenosu tepla je možné vypočítat individuální součinitel prostupu tepla. To by pomohlo při úpravách určité části tepelného systému pro lepší výkon podle požadavků.

Za podmínek ustáleného stavu je rychlost přenosu tepla z kapaliny při objemové teplotě T1 na pevnou látku při objemové teplotě T2 v přírůstkové oblasti dA dána rychlostí přenosu tepla dQ (tečka), tj.

dQ (tečka) = U * (T.₂ - T₁)*A

Zde je celkový součinitel přestupu tepla reprezentován písmenem U.

FORMULA PRO CELKOVÝ KOEFICIENT PŘENOSU TEPLA | JAK NAJÍT CELKOVÝ KOEFICIENT PŘENOSU TEPLA | CELKOVÝ FORMULÁŘ KOEFICIENTU PŘENOSU TEPLA | JAK VÝPOČET CELKOVÉHO KOEFICIENTU PŘENOSU TEPLA | CELKOVÁ DERIVACE KOEFICIENTU PŘENOSU TEPLA

Vzorec pro součinitel celkového přenosu tepla je dán vztahem

Qdot = U * (T₁ + T₂)*A

Níže je uvedena derivace pro celkový koeficient přenosu tepla pro zeď

Zvažte kompozitní stěnu, která je vystavena vnějšímu prostředí při teplotě T1, a koeficient vodivosti je označen jako H₁. Okolní teplota uvnitř místnosti je T2 a konvekční koeficient je H₂. Přenos tepla zde využívá vedení a proudění. Na kterékoli straně stěny dochází k přenosu tepla pomocí konvekce v různých velikostech.

Teplota uvnitř stěny se mění a jedná se o hodnotu mezi T1 a T2, pokud ve zdi není žádný zdroj tepla. Koeficient vodivosti stěny se v tomto případě považuje za K, pokud není stěna vytvořena z různých vrstev, což je obvyklý případ. Ve scénáři reálného života je stěna tvořena různými vrstvami, jako jsou omítky, cihly, cement atd. V takových případech je nezbytné vzít v úvahu tepelný odpor nabízený každou vrstvou stěny.

Celkový koeficient přestupu tepla pro výše uvedený systém je uveden níže:

A rychlost přenosu tepla Q (tečka) = UAΔT

Je zřejmé, že U není termofyzikální vlastnost a závisí na průtoku, rychlosti a také na materiálu, kterým probíhá přenos tepla.

CELKOVÝ KOEFICIENT PŘENOSU TEPLA S PORUCHOU

Znečištění je obvyklým problémem, s nímž se setkávají výměníky tepla. Jedná se o další vrstvu, která se vytváří na vnitřním povrchu výměníku tepla. K znečištění povrchů výměníků tepla přispívá několik faktorů. Rychlost přenosu tepla se snižuje kvůli znečištění, které zase ovlivňuje účinnost přenosu tepla.

Snížení účinnosti přenosu tepla je zohledněno ve výpočtech pomocí faktoru znečištění. Často se označuje jako faktor znečištění. Faktor znečištění závisí na tekutině na obou stranách tepelného výměníku.

Celkový součinitel přenosu tepla se znečištěním je dán vztahem

Ve výše uvedené rovnici

U představuje celkový součinitel přestupu tepla

h₀ je součinitel přestupu tepla na straně pláště

h_i je součinitel přestupu tepla na straně trubky

R_do je faktor znečištění na straně pláště

R_di je faktor znečištění na straně trubky

OD je vnější průměr trubky

ID je vnitřní průměr trubky

A₀ je vnější oblast tuby

A_i je vnitřní oblast tuby

K_w je hodnota odporu nabízeného stěnou trubky

Z rovnice je zřejmé, že hodnota celkového součinitele prostupu tepla klesá se zvýšením jedné nebo obou hodnot činitele znečištění (tj. Strana trubky nebo strana pláště). Toto snížení celkového součinitele prostupu tepla zase sníží rychlost přenosu tepla.

CELKOVÉ KOEFICIENTY PŘENOSU TEPLA | CELKOVÁ PŘEVOD TEPELNÉHO PŘEVODU KOEFICIENTU | CELKOVÁ PŘEVOD TEPELNÉHO PŘEVODU

Jednotka SI celkového koeficientu přenosu tepla je W / m² K. Další jednotka, která se používá k vyjádření celkového součinitele prostupu tepla, je Btu / (hr.ft.^{2 0}F).

Převod jednotek z jednotek SI na anglické jednotky je následující:

1 W / m² K = = 0.1761 Btu / (hr. Stop^{2 0}F).)

VLIV PRŮTOKU NA CELKOVÝ KOEFICIENT PŘENOSU TEPLA | CELKOVÝ KOEFICIENT PŘENOSU TEPLA vs. PRŮTOK

Průtok má vliv na celkový součinitel přestupu tepla. Je třeba poznamenat, že dochází k 10% snížení koeficientu přenosu tepla, když se hmotnostní průtok zvýší třikrát. Tento odhad součinitele prostupu tepla je založen na korelaci Dittus-Boelter.

Při udržování konstantní plochy bylo pozorováno, že součinitel přenosu tepla se zvyšuje zvýšením hmotnostního průtoku. Zdvojnásobením se očekává 90% zvýšení součinitele prostupu tepla hmotnostní průtok. S tímto nárůstem se očekává nárůst o tlak pokles, který je úměrný hmotnostnímu průtoku.

V případech, kdy je rychlost konstantní, pokles tlaku klesá a je nepřímo úměrný hmotnostnímu průtoku. Pozitivní aspekty, které jsou dosaženy z vyššího součinitele prostupu tepla, jsou ztraceny v důsledku zvýšeného poklesu tlaku, když je oblast udržována konstantní.

CELKOVÝ KOEFICIENT TABULKY PŘENOSU TEPLA

Níže uvedená tabulka uvádí celkový součinitel prostupu tepla u několika zařízení, která se v průmyslu velmi často používají. Rozsah je k dispozici, protože celkový součinitel prostupu tepla závisí na tekutině, která je v zařízení použita. U plynů je hodnota součinitele prostupu tepla velmi nízká a u kapalin mnohem vyšší.

PRŮMĚRNÝ CELKOVÝ KOEFICIENT PŘENOSU TEPLA

U problémů s přenosem tepla, které se skládají ze dvou různých tekutin, kterými by mohla být voda a alkohol při dvou různých teplotách, se v takových případech používá průměrná teplota těchto dvou tekutin k řešení problému s přenosem tepla, který se označuje jako průměrný celkový přenos tepla. součinitel.

Vezměme Q jako teplo protékající povrchem při průměrné teplotě ΔT_avg, a plocha, přes kterou probíhá přenos tepla, se považuje za A. Průměrný celkový koeficient přenosu tepla pro tento tepelný tok je uveden níže

CELKOVÝ KOEFICIENT PŘENOSU TEPLA ZALOŽENÝ NA VNITŘNÍ OBLASTI

U výměníků tepla celk přenos tepla koeficient může být založen buď na vnitřní ploše nebo na vnější ploše

Když je celkový součinitel prostupu tepla vypočítán na základě vnitřní plochy, je součinitel konvekce uvnitř považován za 1 / h_i, zatímco koeficient vodivosti na rozhraní je považován za 1 / ln (r₀/r_i) / 2πkL a koeficient konvekce na vnějším povrchu výměníku tepla je 1 / h₀.

Proto je celkový součinitel prostupu tepla na základě vnitřní plochy uveden jako

Když se celkový součinitel prostupu tepla vypočítá na základě venkovní plochy, je součinitel konvekce uvnitř považován za 1 / h_i, zatímco koeficient vodivosti na rozhraní je považován za 1 / ln (r₀/r_i) / 2πkL a koeficient konvekce na vnějším povrchu výměníku tepla je 1 / h₀.

Proto je celkový součinitel prostupu tepla na základě vnitřní plochy uveden jako

Významný rozdíl mezi dvěma rovnicemi je v oblasti, když je celkový součinitel přenosu tepla založen na vnitřní ploše, je v rovnici použita vnitřní plocha tepelného výměníku. Zatímco když je celkový součinitel prostupu tepla založen na vnější ploše, vnější plocha je brána v rovnici.

ROZDÍL MEZI INDIVIDUÁLNÍM A CELKOVÝM KOEFICIENTEM PŘENOSU TEPLA

Když teplo proudí kompozitním materiálem, tepelný odpor nabízený různými vrstvami materiálu, který může být způsoben vedením tepla nebo konvekcí, se označuje jako celkový koeficient přenosu tepla. Celkový součinitel přestupu tepla je součtem jednotlivých součinitelů přestupu tepla. Tepelný odpor je analogický s elektrickým odporem v obvodu. Zde je součinitel prostupu tepla závislý na materiálu v sériovém nebo paralelním uspořádání.

Je velmi zajímavé určit individuální součinitel prostupu tepla z celkového součinitele prostupu tepla. Například u tepelného výměníku lze experimentálně měřit celkový součinitel prostupu tepla, z tohoto celkového součinitele je třeba vyřešit extrahování tepelného odporu, který nabízí jednotlivě horká a studená kapalina.

CELKOVÉ PROBLÉMY S KOEFICIENTEM PŘENOSU TEPLA

Vezměme si, že zeď o tloušťce 5 cm je vyrobena z cihel, která má tepelnou vodivost K = 20 W / m K. Vnitřní povrch stěny je vystaven pokojové teplotě 25⁰C, zatímco vnější povrch je vystaven horké atmosférické teplotě 40 ° C⁰C. Jaký je celkový součinitel prostupu tepla vzhledem k součiniteli proudění vzduchu 25 W / m²K?

Z výše uvedeného problému můžeme vyvodit závěr, že systém je vystaven konvekci na obou stranách stěny a přenosu tepla vedením ve zdi. Tepelná vodivost stěny je stanovena na 20 W / mK, zatímco koeficient konvekce vzduchu je zaznamenán na 25 W / m²K.

= 12.12 W / m²K

ČASTO KLADENÉ OTÁZKY A ODPOVĚDI NA ROZHOVOR

1. rovnice výměník tepla součinitel součinitele tepla

2. celkový součinitel prostupu tepla dvojitá trubka | dvojitý trubkový výměník tepla celkový koeficient přenosu tepla

1 / U = D_o/h_i.D_i + D_o.ln (D_o/D_i) / 2k_t + 1 / h_o+ R_i.D_o/D_i + R_o

3. vzorec součinitele prostupu tepla pro válec

Celkový koeficient přestupu tepla pro válec je dán vzorcem níže, který prožívá jak přenos, tak konvekční režim přenosu tepla

4. celkový součinitel přestupu tepla pro výparník

5. Celkový součinitel prostupu tepla plášť a trubka | součinitel prostupu tepla pro výměník tepla ve skořepině a trubce | jak vypočítat celkový součinitel prostupu tepla pro výměník tepla Jak vypočítáte celkový koeficient přestupu tepla výparníku?

Celkový koeficient přenosu tepla pro jakýkoli výměník tepla lze vypočítat pomocí níže uvedené rovnice, která se může použitá metoda lišit. Lze také zvolit metodu LMTD

6. Grafitový tepelný výměník - celkový koeficient přestupu tepla

Celkový součinitel prostupu tepla pro výměníky tepla, které se lisují z grafitu na grafit, je asi 1000 W / m²K, zatímco celkový součinitel prostupu tepla pro grafit do vzduchu je 12 W / m²K

7. Celkový koeficient přenosu tepla z hliníku

Celkový koeficient přenosu tepla pro hliník je 200 W / m²K

8. Celkový součinitel přenosu tepla výměník tepla vzduch-vzduch

Celkový součinitel přenosu tepla součinitele prostupu tepla vzduchem je zaznamenán mezi 350 až 500 W / m²K.

9. Plocha výměníku tepla z celkového součinitele prostupu tepla

Plochu tepelného výměníku lze vypočítat z celkového koeficientu přenosu tepla pomocí následujícího vzorce

10. Ve kterém procesu výměny tepla bude hodnota celkového součinitele přestupu tepla nejvyšší?

Celkový koeficient přenosu tepla je nejvyšší u trubkových výměníků tepla používaných k odpařování, kdy pára proudí ven z trubek a kapalina proudí dovnitř. Bylo zjištěno, že mají celkový koeficient přenosu tepla v rozmezí od 900 do 3000 W / m²K.

11. Může být celkový součinitel prostupu tepla záporný?

V případech, kdy je referenční teplota brána jako teplota adiabatické stěny, bude celkový koeficient přenosu tepla záporný, což naznačuje, že tepelný tok je v opačném směru s určitým teplotním gradientem.

12. Mění se celkový součinitel přestupu tepla s teplotou?

Celkový součinitel prostupu tepla závisí na teplotním spádu; proto mohou změny teploty vést ke změnám teplotního gradientu. Takže ano, celkový součinitel prostupu tepla se mění s teplotou.

13. Jaký je celkový součinitel přestupu tepla a jeho použití?

Tepelný odpor, který nabízejí různé vrstvy v systému, se označuje jako celkový koeficient přenosu tepla. Je také známý jako U-faktor. Používá se k extrakci individuálního součinitele prostupu tepla různých vrstev systému.

Celkový součinitel prostupu tepla systému lze měřit, ale je obtížné získat individuální součinitel prostupu tepla systému. V takových situacích pomůže celkový součinitel prostupu tepla spolu s rychlostí přenosu tepla při stanovení individuálního součinitele prostupu tepla

14. Jaké jsou faktory ovlivňující celkový součinitel přestupu tepla?

Faktory ovlivňující celkový koeficient přestupu tepla jsou termofyzikální vlastnosti, jako je hustota, viskozita a tepelná vodivost kapaliny. Dále je ovlivněna geometrií a oblastí, přes kterou probíhá přenos tepla. Rychlost tekutin do značné míry ovlivňuje celkový koeficient přenosu tepla. U výměníků tepla má typ toku také významný vliv na celkový koeficient přenosu tepla.

15. Jaký je celkový koeficient přenosu tepla v kulatých trubkách? | celkový součinitel prostupu tepla

Tekutina protékající kulatou trubicí prochází konvekčním přenosem tepla mezi tekutinou tekoucí na vnějším a vnějším povrchu trubice a také mezi tekutinou tekoucí uvnitř a vnitřním povrchem trubice. Mezi vnějším povrchem a vnitřním povrchem trubice dochází k přenosu vodivého tepla. Proto je celkový součinitel prostupu tepla uveden následovně:

(1 / UA) celkově = (L / kA) vnitřní + (1 / hA) + (L / kA) vnější

Kde k je tepelná vodivost trubky a h je koeficient konvekčního přenosu tepla

klikněte Zde, pro nejnovější čtení na termostatickém expanzním ventilu.

Pro více příspěvků na Mechanical prosím sledujte nás.

Veena Parthanová

Jsem Veena Parthanová, dokončila jsem magisterské studium tepelného inženýrství. Pracuji jako solární inženýr provozu a údržby pro britský solární sektor. Mám více než 5 let zkušeností v oblasti energetiky a utilit. Hluboce se zajímám o obnovitelné zdroje energie a jejich optimalizaci. Ve sborníku konference AIP jsem publikoval článek, který je založen na Cummins Genset a jeho optimalizaci toku.
Během svých volných hodin se věnuji technickému psaní na volné noze a rád bych nabídl své odborné znalosti na platformě LambdaGeeks. Kromě toho trávím své volné hodiny čtením, věnuji se nějakým sportovním aktivitám a snažím se vyvinout v lepšího člověka.
Těšíme se na spojení přes LinkedIn –