ちょっと、そこ！のサプライヤーとしてシェルと熱交換器、私はこれらのことを毎日扱ってきました。顧客から得られる最も一般的な質問の1つは、シェルと熱交換器の対数平均温度差（LMTD）の適切な修正係数を選択する方法です。それで、私はこのトピックに関するいくつかの洞察を共有していると思いました。
まず、対数平均温度差が何であるかについて話しましょう。熱交換器では、交換器の長さに沿って温水と冷水の温度差が変化します。 LMTDは、このさまざまな温度差を説明する方法であり、熱伝達計算で使用できる単一の代表的な温度差を提供します。 2つの流体間でどれだけの熱を伝達できるかを判断するのに役立つため、これは重要なパラメーターです。
現在、理想的なカウンター - フロー熱交換器では、LMTD計算は非常に簡単です。しかし、シェルと熱交換器では、物事はもう少し複雑になります。シェルと熱交換器は、のような単純な二重のパイプ熱交換器と比較して、より複雑なフローパターンを持っています浄水器用のダブルパイプ熱交換器または水源ヒートポンプ用のダブルパイプ熱交換器。シェルと熱交換器の流れは、クロスフローとカウンターフローの組み合わせです。つまり、カウンターフロー交換器のために計算されたLMTDに補正係数を適用する必要があります。
通常、fとして示される補正係数は0〜1の値です。理想的なカウンターパターンからのシェルと熱交換器の実際のフローパターンの偏差を説明します。 1に近いfの値は、シェルと熱交換器の流れパターンがカウンターに近いことを示し、熱伝達が効率的であることを示します。一方、fの値が低いと、流れパターンがカウンターからはほど遠いことを意味し、熱伝達効率が低下します。
では、適切な修正係数をどのように選択しますか？まあ、それは主に、温度比（R）と熱容量率（P）の2つの重要なパラメーターに依存します。
温度比rは、冷水の温度変化と温水液の温度変化の比として定義されます。数学的に、（r = \ frac {t_ {h1} -t_ {h2}} {t_ {c2} -t_ {c1}}）、（t_ {h1}）と（t_ {h2}）は、熱い流体と（t_ {h2}）と（t_ {{h2}）です。冷水の入口と出口の温度。
熱容量比pは（p = \ frac {t_ {c2} -t_ {c1}} {t_ {h1} -t_ {c1}}）で与えられます。
RとPの値を計算したら、補正因子チャートを使用してFの適切な値を見つけることができます。これらのチャートは、ほとんどの熱伝達の教科書とエンジニアリングハンドブックで利用できます。それらはx軸上にrでプロットされ、y軸上のpはcontourラインで表されます。
たとえば、1つのシェルパスと2つのチューブパスを備えたシェルおよびチューブの熱交換器がある場合、この構成には特定の補正係数チャートセットを使用します。さまざまな数のシェルパスとチューブパスには、これらの構成によってフローパターンが変化するため、異なる補正係数チャートがあります。
また、補正係数を選択する場合、0.75を超えるFの値を目指す必要があることに注意することも重要です。計算されたFが0.75未満の場合、シェルと熱交換器の設計が効率的でないことを示す可能性があります。そのような場合、シェルパスまたはチューブパスの数、さらには熱交換器の種類を完全に変更することを検討する必要がある場合があります。
修正係数を選択する際に考慮すべきもう1つの要因は、ファウリング係数です。ファウリングは、時間の経過とともに熱交換器の熱伝達面に堆積物が蓄積するときに発生します。これにより、熱伝達効率が低下し、フローパターンにも影響を与える可能性があります。アプリケーションに大きなファウリングが期待される場合は、熱伝達性能の低下を考慮して、補正係数をわずかに調整する必要がある場合があります。
シェルと熱交換器の非ニュートン液を扱うとき、物事はさらに複雑になります。非ニュートン液には、せん断速度とともに変化する粘度があり、流れパターンと熱伝達に影響を与える可能性があります。これらの場合、修正係数を正確に決定するには、より高度なモデリング手法が必要になる場合があります。
現実の世界アプリケーションでは、修正係数を選択する際に多くの顧客が間違いを犯すのを見てきました。特定のシェルとチューブの構成に正しいチャートを使用することの重要性を見落としているものもあります。他の人は、関係する液体のファウリングや特性を説明していません。これにより、熱伝達の計算が不正確になり、最終的には非効率的な熱交換器の設計につながる可能性があります。
シェルおよび熱交換器のサプライヤーとして、私は常に、補正係数を選択する際に、経験豊富なエンジニアと緊密に連携することをお勧めします。エンジニアは、温度と熱容量の比率を正確に計算し、適切な補正係数チャートを選択し、アプリケーションの熱伝達に影響を与える可能性のあるすべての要因を説明できます。
高品質のシェルと熱交換器の市場にいる場合、または特定のアプリケーションに適切な修正係数を選択するためのガイダンスが必要な場合は、躊躇しないでください。私たちはあなたが正しい選択をし、あなたの熱交換器が効率的に動作するようにするためにここにいます。浄水プロジェクトであろうと水源ヒートポンプシステムに取り組んでいるかどうかにかかわらず、お客様のニーズを満たす専門知識と製品があります。
したがって、熱交換器の要件についてさらに議論することに興味があるなら、私たちはただのメッセージです。チャットをして、熱交換器から最高のパフォーマンスを発揮するために協力する方法を見てみましょう。
参照
- Incropera、FP、＆Dewitt、DP（2002）。熱と物質移動の基礎。ジョン・ワイリー＆サンズ。
- ホルマン、JP（2002）。熱伝達。マクグロー - ヒル。