لطفاُ در خصوص این دو ضریب انتقال حرارتی که در تصویر مشخص شده است توضیحات تکمیل تری ارائه بفرمایید
( با اضافه شدن فین به تیوب ضریب انتقال حرارت افزایش می یابد. چرا در این جا ضریب انتقال حرارت در حالت فین دار کمتر از بدون فین است؟)
این دو ضریب انتقال حرارت (W/m2.k) بر اساس دو سطح متفاوت محاسبه شدهاند. ضریب فیندار بر اساس “سطح بیرونی لوله های فیندار” (A_finned) و ضریب بدون فین بر اساس “سطح بیرونی لوله عریان” (A_bare) محاسبه میشود.
توضیح کامل:
همانطوریکه مستحضرید در یک مبدل (Air-Cooled Exchanger)، در دو طرف، تبادل حرارت محاسبه میشود:
- سمت هوا (Air Side): که روی آن فین ها نصب شده تا سطح تماس با هوا را به شدت افزایش دهد.
- سمت سیال داخل لوله (Tube Side): که سطح آن همان سطح داخلی لوله است.
- نرم افزار HTRI میزان سطح انتقال حرارت و ضرایب مربوطه را محاسبه نموده است.
در این مثال ضریب انتقال حرارت در حالت فیندار (19.44 W/m²·K)محاسبه شده است چرا که این ضریب، ضریب انتقال حرارت کلی (Uoverall) است که بر اساس سطح فیندار فیمت بیرونی (Afinned = 4210 m²) محاسبه شده است.از آنجایی که سطح فیندار بسیار بزرگتر از سطح لوله عریان است (در اینجا حدود 19 برابر)، مقدار این ضریب به طور طبیعی کوچک به نظر میرسد.
- Q = Ufinned * Afinned * LMTD
- Q = 5626 kW بار حرارتی
- Afinned = 4210 m²
- LMTD = 61.4 °C
- در نتیجه Ufinned ≈ 19.44 W/m²·K
ضریب انتقال حرارت در حالت بدون فین 372.68 W/m²·K و 462.17
این ضرایب بر اساس سطح بیرونی لوله عریان (Abare = 219.6 m²) محاسبه شدهاند.
- از آنجایی که سطح مبنای محاسبه بسیار کوچکتر است، عدد ضریب انتقال حرارت به دست آمده بسیار بزرگتر است.
تفاوت بین دو حالت " service " و " ”clean
ضریب حالت تمیز (462.17 W/m²·K): این ضریب مربوط به شرایط ایدهآل و زمانی است که هیچ گونه کثیفی، رسوب یا Fouling روی سطوح انتقال حرارت وجود ندارد.
- ضریب حالت سرویس (372.68 W/m²·K): این ضریب واقعبینانهتر است و اثرات مقاومت ناشی از رسوب و کثیفی (Fouling Factors) را در نظر میگیرد. این همان ضریبی است که برای طراحی مبدل در شرایط عملیاتی واقعی استفاده میشود.
- برای اهداف طراحی از آنجایی که سطح فیندار، سطح واقعی در تماس با هوا است، طراحی و محاسبات بر مبنای این (Ufinned) و سطح انجام میشود.
- محاسبه ضریب بر اساس سطح لوله عریان، یک معیار استاندارد برای مقایسه کارایی حرارتی مبدلهای مختلف، بدون در نظر گرفتن اثر فین، فراهم میکند. این عدد به ما میگوید که “خود لوله” چقدر خوب گرما را انتقال میدهد.