Výměna tepla v trubkových výměnících
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Stěžejním tématem práce jsou trubkové tepelné výměníky a jejich aplikace v chladicích procesech. Teoretická část práce se zabývá jednak mechanismy přenosu tepla, ale především pozicí, konstrukční problematikou a zejména výpočty trubkových výměníků tepla. V experimentální části práce je zkoumán prostup tepla na polo¬provozních trubkových výměnících s přepážkami s teplosměnnou plochou ze skla a karbidu křemíku při chlazení vlhkého vzduchu 50% propylen¬glykolem proudícím v trubkách. Pro čtyři až pět laminárních průtoků chladicí kapaliny a tři průtoky vzduchu v přechodové oblasti byly měřeny vstupní a výstupní teploty proudů a relativní vlhkost vzduchu. Rozdíly v prostoupeném teple byly mezi výměníky kvůli nízkému součiniteli přestupu tepla pro vzduch zanedbatelné, přestože má karbid křemíku o dva řády lepší tepelnou vodivost než sklo. Karbidový výměník vykazoval mnohem vyšší účinnost, neboť rozdíl výstupní teploty vzduchu a vstupní teploty kapaliny byl u skleněného výměníku o polovinu větší. To se projevilo snížením hodnoty středního teplotního rozdílu, což mělo za následek o 16 % vyšší experimentální hodnoty součinitele prostupu tepla oproti skleněnému výměníku. Teore¬tický výpočet s využitím j faktoru, korekčních faktorů na přepážky ve výměníku a korekce na konden¬zaci vlhkosti se ukázal jako vhodný. Experimentálním hodnotám u skleněného výměníku odpovídal při nejvyšších průtocích vzduchu, při nižších průtocích poskytoval mírně vyšší hodnoty součinitele prostupu tepla. U karbidového výměníku model nedokázal reagovat na sníženou hodnotu středního teplotního rozdílu a poskytoval nižší hodnoty součinitele prostupu tepla. Výsledky rovněž hodnotí ztráty opláštěním výměníku a teplo prostoupené navíc vlivem kondenzace vlhkosti.
Shell and tube heat exchangers and their use in cooling processes are the major topic of this thesis. The theoretical part of the thesis starts with the mechanisms of heat transfer and then deals with shell and tube heat exchangers. Their position, design specifications and equations for calculations are given. In the experimental part, the heat transfer on semi-operating shell and tube heat exchangers with baffles and glass or silicon carbide heat exchange surface is examined by cooling the humid air by 50% propylene glycol in tubes. For four or five coolant flows and three airflows, input and output flow temperatures including relative air humidity were measured. Differences in exchanged heat between the exchangers were negligible due to the low local air heat transfer coefficient, although silicon carbide has two orders of magnitude better thermal conductivity than glass. Much higher efficiency was performed by the carbide heat exchanger because the difference between air outlet temperature and liquid inlet temperature was one and half times higher for the glass heat exchanger. That was reflected in a decrease in mean temperature difference, which resulted in a 16 % higher experimental heat transfer coefficient compared with the glass surface. The theoretical model using the j factor, the correction factors for the baffles, and the correction for air humidity condensation have proven to be appropriate. For the glass surface, for the highest air flow rates the model gives an appropriate heat-transfer coefficient; at lower flow rates it gives slightly higher values. For the silicon carbide surface, it gives a lower heat-transfer coefficient because the model failed to consider a lower mean temperature difference. The results also evaluate the heat loss through the shell and the heat exchanged in addition by air humidity condensation.
Shell and tube heat exchangers and their use in cooling processes are the major topic of this thesis. The theoretical part of the thesis starts with the mechanisms of heat transfer and then deals with shell and tube heat exchangers. Their position, design specifications and equations for calculations are given. In the experimental part, the heat transfer on semi-operating shell and tube heat exchangers with baffles and glass or silicon carbide heat exchange surface is examined by cooling the humid air by 50% propylene glycol in tubes. For four or five coolant flows and three airflows, input and output flow temperatures including relative air humidity were measured. Differences in exchanged heat between the exchangers were negligible due to the low local air heat transfer coefficient, although silicon carbide has two orders of magnitude better thermal conductivity than glass. Much higher efficiency was performed by the carbide heat exchanger because the difference between air outlet temperature and liquid inlet temperature was one and half times higher for the glass heat exchanger. That was reflected in a decrease in mean temperature difference, which resulted in a 16 % higher experimental heat transfer coefficient compared with the glass surface. The theoretical model using the j factor, the correction factors for the baffles, and the correction for air humidity condensation have proven to be appropriate. For the glass surface, for the highest air flow rates the model gives an appropriate heat-transfer coefficient; at lower flow rates it gives slightly higher values. For the silicon carbide surface, it gives a lower heat-transfer coefficient because the model failed to consider a lower mean temperature difference. The results also evaluate the heat loss through the shell and the heat exchanged in addition by air humidity condensation.
Description
Citation
HORVÁT, P. Výměna tepla v trubkových výměnících [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2019.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Chemie, technologie a vlastnosti materiálů
Comittee
prof. RNDr. Josef Jančář, CSc. (předseda)
prof. Ing. Jaromír Havlica, DrSc. (člen)
prof. Ing. Ladislav Omelka, DrSc. (člen)
prof. Ing. Petr Ptáček, Ph.D. (člen)
doc. Ing. František Šoukal, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Lucy Vojtová, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Pác (člen)
Date of acceptance
2019-05-28
Defence
1. Student seznámil členy komise s teoretickými základy a cíli své diplomové práce zabývající se důležitým chemicko-inženýrským problémem. Prezentace byla srozumitelná a dosažené výsledky byly zajímavé.2. Byly přečteny posudky na diplomovou práci.3. Student akceptoval všechny připomínky oponenta a na dotazy odpověděl správně a úplně.4. Diskuse: Členové komise vznesli několik přípomínek a otázek. Student výborně reagoval na všechny připomínky a se členy komise diskutoval na vysoké odborné úrovni.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení