transfer global de caldura

Click here to load reader

Post on 08-Aug-2015

45 views

Category:

Documents

1 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

transfer global de caldura

TRANSCRIPT

TRANSFERUL GLOBAL DE CLDUR

3/14/2003

LUCIAN GAVRIL Fenomene de transfer II

1

TRANSFER TERMIC GLOBALo La realizarea schimbului global de cldur particip, n diverse proporii: Conducia, Convecia, Radiaia.

o In majoritatea proceselor, exista unul sau doua mecanisme predominante de transfer.

3/14/2003

LUCIAN GAVRIL Fenomene de transfer II

2

1 2 2 3 4 4 3

1

1 - transfer convectiv prin filmul de vapori; 2 - transfer conductiv prin peretele tevii; 3 - transfer conductiv prin crusta; 4 - transfer conductiv + convectiv prin filmul de lichid

1 - transfer convectiv prin filmul de vapori; 2 - transfer conductiv prin manta; 3 - transfer conductiv prin izolatia termica; 4 - transfer convectiv + radiant prin filmul de aer din jurul evaporatorului

atransfer util de cldur3/14/2003 LUCIAN GAVRIL Fenomene de transfer II

bpierderi de cldur3

TRANSFER TERMIC GLOBALo n cea mai simpl form, transferul global de cldur poate fi redat prin ecuaia:

Q = K A T

(210)

Q = fluxul termic transferat (W), A = aria suprafeei prin care are loc transferul (m2), T = potenialul transferului termic (K) = diferena ntre temp. mediului care cedeaz cldura i temp. mediului care primete cldura K = coeficient global de transfer de cldur (W.m-2.K-1)3/14/2003 LUCIAN GAVRIL Fenomene de transfer II 4

TRANSFER TERMIC GLOBALo Coeficientul global de transfer de cldur = cantitatea de cldur transferat ntre dou medii pe unitatea de suprafa i n unitatea de timp, sub aciunea unui potenial termic de 1 K. o K reprezint fluxul termic specific transferat sub aciunea unui potenial termic unitar: Q q W (211) = K= m2 K A T T 3/14/2003 LUCIAN GAVRIL Fenomene de transfer II 5

TRANSFER TERMIC GLOBALo Dependena dintre Q i T (la A = ct.) este liniar doar pentru valori reduse ale potenialului termic. o n practic, valorile coeficientului global de transfer K sunt funcie att de valoarea potenialului termic, ct i de valorile absolute ale temperaturilor celor dou medii ntre care decurge transferul termic.

3/14/2003

LUCIAN GAVRIL Fenomene de transfer II

6

TRANSFER TERMIC GLOBALo La proiectarea aparatelor de transfer termic (nclzitoare, rcitoare, evaporatoare, condensatoare, concentratoare, boilere, refrigeratoare, fierbtoare, cuptoare, usctoare etc.), uzual se cunosc: Q transferat: pe baza bilanurilor de materiale i termice ale aparatului Potenialul transferului termic (T) impus de diverse considerente (tehnologice, economice, de calitate etc.).

o Cerina primar a proiectrii: determinarea valorii A dimensiunile constructive ale aparatului.3/14/2003 LUCIAN GAVRIL Fenomene de transfer II 7

TRANSFER TERMIC GLOBALo Fr cunoaterea coeficientului global de transfer K, proiectarea utilajelor n care determinant este transferul termic este practic imposibil. o Coeficientul global de transfer depinde de: natura i proprietile mediilor prin care se transfer cldura, condiiile geometrice i hidrodinamice n care decurge procesul, temperatura mediilor, valoarea potenialului termic la care decurge transferul3/14/2003 LUCIAN GAVRIL Fenomene de transfer II 8

Transfer global de cldur indirect ntre dou fluideo Acest mod de transmitere a cldurii este poate cel mai des ntlnit n practic: dou fluide, separate de un perete (simplu, compus, plan, cilindric, etc.) schimb cldur ntre ele, prin intermediul peretelui, fluidul cu temperatura mai ridicat cednd cldur fluidului cu temperatura mai cobort.LUCIAN GAVRIL Fenomene de transfer II 9

3/14/2003

1 2

Transfer global de cldur indirect ntre dou fluide

T1 T1 Tp1 T2 T3 Qs2 Qs3 T2

Tp2

Qs1

3/14/2003

LUCIAN GAVRIL Fenomene de transfer II

10

Transfer global de cldur indirect ntre dou fluideo n vecintatea peretelui solid curgerea este laminar, cldura se transmite conductiv i convectiv. o la perete, unde viteza fluidului este nul, transferul este pur conductiv o se consider c n stratul limit convecia poate fi neglijat o cazul celor dou fluide separate de un perete plan omogen poate fi asimilat cazului transferului conductiv de cldur printr-un perete plan compus din trei straturi avnd conductiviti termice diferite3/14/2003 LUCIAN GAVRIL Fenomene de transfer II 11

La potenial termic constant

Transfer global de cldur la potenial termic constanto Fluxul termic transferat prin filmul de fluid (1) are expresia:

Qs1 = 1 A T1 T p1

(

)

(212)

o Fluxul termic transferat prin peretele solid are expresia:

Qs 2 = A (T p1 T p 2 ) 3/14/2003 LUCIAN GAVRIL Fenomene de transfer II

(213)

12

Transfer global de cldur la potenial termic constanto Fluxul termic transferat prin filmul de fluid (2) are expresia:

Qs 3 = 2 A T p 2 T2

(

)

(214)

o Dac se consider regimul staionar:

Qs1 = Qs 2 = Qs 3 = Qs

(215)

o Dac procesul de transfer de cldur decurge la temperaturi nu prea ridicate, transferul radiant se poate neglija.3/14/2003 LUCIAN GAVRIL Fenomene de transfer II 13

Transfer global de cldur la potenial termic constanto cderile pariale de temperatur prin filmul (1), prin peretele solid i prin filmul (2) se pot scrie: 1 T1 = (T1 T p1 ) = Qs 1 A (216) T2 = (T p1 T p 2 ) = Qs A 1 T3 = (T p 2 T2 ) = Qs 2 A3/14/2003 LUCIAN GAVRIL Fenomene de transfer II 14

Transfer global de cldur la potenial termic constanto Cderea total de temperatur ntre cele dou fluide se obine nsumnd membru cu membru ecuaiile (216):

Qs T = T1 T2 = A

1 1 + + = 2 1n

Qs = (R1 + R2 + R3 ) = q Ri A i =13/14/2003 LUCIAN GAVRIL Fenomene de transfer II

(217)

15

Transfer global de cldur la potenial termic constanto Din (217), fluxul termic unitar:

q=

T

Rii =1

n

=

j 1 + + 1 j =1 j 21m

T1 T2

(218) (219)

o Fluxul termic va fi dat de expresia:

Qs =

j 1 + + 1 j =1 j 21m

1

A (T1 T2 ) = K A T

3/14/2003

LUCIAN GAVRIL Fenomene de transfer II

16

Transfer global de cldur la potenial termic constanto n ecuaiile (218) (219) s-a considerat c transferul termic ntre fluide decurge printr-un perete plan compus din m straturi avnd grosimi i conductiviti termice distincte. o Pentru transferul termic ntre 2 fluide separate prin perei plani, coeficientul global de transfer de cldur are expresia:

K=

j 1 + + 1 j =1 j 21m

1

W m2 K

(220)

3/14/2003

LUCIAN GAVRIL Fenomene de transfer II

17

Transfer global de cldur la potenial termic constantT2 T1 T2 T3 1/1 / 1/2 T1 r2 d2 d1 r1

T

3/14/2003

LUCIAN GAVRIL Fenomene de transfer II

18

Transfer global de cldur la potenial termic constanto Fluxul termic unitar (raportat la unitatea de lungime de perete circular, W/m) are expresia:

q=

d2 1 1 1 + ln + d1 1 2 d1 d 2 2

(T1 T2 )

(221)

3/14/2003

LUCIAN GAVRIL Fenomene de transfer II

19

Transfer global de cldur la potenial termic constanto Dac peretele cilindric este format din mai multe straturi de grosimi i conductiviti diferite, atunci expresia fluxului unitar devine:

q=

(T1 T2 ) n

(222)

d i +1 1 1 1 + ln + d1 1 i =1 2i di d i +1 2LUCIAN GAVRIL Fenomene de transfer II 20

3/14/2003

Transfer global de cldur la potenial termic constanto Expresia fluxului termic se scrie:

Q = q l =

(223) d i +1 1 1 1 + ln + d1 1 i =1 2i di d i +1 2n

(T1 T2 ) l

o n care l reprezint lungimea peretelui cilindric.

3/14/2003

LUCIAN GAVRIL Fenomene de transfer II

21

Transfer global de cldur la potenial termic constanto Expresia coeficientului global de transfer de cldur prin perei cilindrici neomogeni va fi de forma:

K=

n d i +1 1 1 1 + ln + d1 1 i =1 2i di d i +1 2

W m K (224)

3/14/2003

LUCIAN GAVRIL Fenomene de transfer II

22

Transfer global de cldur la potenial termic variabilT T1 condensare vapori saturati T = constant T2 fierbere lichid monocomponent

A=0

A=A

o n foarte puine cazuri practice, potenialul transferului termic rmne constant o (Ex: vaporizarea unui lichid pur la temp. de fierbere cu ajutorul cldurii cedate de vapori saturai care condenseaz)

3/14/2003

LUCIAN GAVRIL Fenomene de transfer II

23

Transfer global de cldur la potenial termic variabilo n majoritatea cazurilor, potenialul transferului termic se modifica, o principala cauz a modificrii = nsui transferul de cldur temperaturile mediilor care schimb cldur variaz. o Temperaturile mediilor care schimb cldur, precum i potenialul transferului de cldur pot fi variabile:LUCIAN GAVRIL Fenomene de transfer II 24

3/14/2003

Transfer global de cldur la potenial termic variabilo numai n spaiu: T / t = 0; T / l 0 o numai n timp: T / t 0; T / l = 0 o n spaiu i n timp: T / t 0; T / l 0 o n primul caz regimul este staionar (n fiecare punct al sistemului considerat, toi parametrii se menin constani n timp, dar variaz n spaiu).3/14/2003 LUCIAN GAVRIL Fenomene de transfer II 25

o Ex: schimbtor de cldur de tip eav n eav curg dou fluide n echicurent (fig. 4.30 a) n contracurent (fig. 4.30 b),

Transfer global de cldur la potenial termic variabil

este perfect izolat termic fa de mediul ext., n fiecare punct de-a lungul schimbtorului fluidele au o anumit temperatur = ct. pe lungimea schimbtorului de cldur, temp. celor dou fluide se modific drept urmare a transferulu