Transcript Ohjaustilaisuus 2013

Harjoitustyö: Lämmönsiirtimen
mitoitus
Lämmönsiirron harjoitus- ja
laboratoriotyökurssi
Ohjaustilaisuus 13.11.2013
Sisältö
−
−
−
−
Yleistä
Lämmönsiirtimen mitoitusprosessi
Virtaussuunnat
Lämmönsiirrinten tyypit
•
•
•
•
−
Menetelmät lämmönsiirtimen laskentaan
•
•
•
−
−
−
−
kaksoisputki
Vaippa ja putki
levylämmönsiirtimet
Kompaktit lämmönsiirtimet
Alkutiedot/alkuarvaukset
logarithmic mean temperature difference method (LMTD)
epsilon-NTU method
Lämmönläpäisyluku
Lämmönsiirto ja painehäviöt
Likaantuminen
Kirjallisuus
Yleistä
− Harjoitustyö on palautettava viimeistään 4.12.2013 12:00.
− Perustellusta syystä voidaan myöntää lisäaikaa palautukseen, jolloin
kuitenkin myöhäisestä palautuksesta sakotetaan arvostelussa. Etukäteen
sopimatta myöhässä palautettuja töitä ei arvostella.
− Harjoitustyön teksti-(pdf) ja mitoitusosa (Excel) palautetaan
opponointia/arviointia varten sähköpostilla: [email protected].
Arviointikohde
Työn ulkoasu
Käsittely ja teoria:
Valitun LS:n tyypin ominaisuuksien kuvaus ja
valintaperustelu
Hylätty / korjattava
Kehittyvä laatu
Ulkoasu ei ole yhtenäinen Ulkoasu on yhtenäinen,
ja looginen koko työn
mutta ei vaatimusten
osalta
mukainen
Virheellinen tai puuttuu Valintaperusteita esitetty
kokonaan
ottaen huomioon joitakin
olosuhteita (paine ja
lämpötila, virtaavat
aineet, likaantuminen,
jne.)
Lähteiden käyttö
0 lähdettä tai lähteitä,
jotka eivät ole
vaikuttaneet työhön.
Laskenta
Virheellinen ja
puuttellisesti esitetty
Tulosten arviointi
Vertaisarviointi + laskentasovellus (excel)
Hyvä laatu
Ulkoasu noudattaa sille asetettuja
minimivaatimuksia
Valintaperusteita esitetty kattavasti
ottaen huomioon olosuhteita (paine ja
lämpötila, virtaavat aineet,
likaantuminen, jne.) ja kustannukset
Erinomainen laatu
Ulkoasu on ohjeiden mukainen, siisti
asettelultaan ja huoliteltu
ulkonäöltään. Työstä löytyy kaikki
vaaditut komponentit kuten
sisällysluettelo jne. Taulukot ja kuvat
ovat selkeitä ja siistejä.
Pisteet
5
15
Valintaperusteet tyypille esitetty
kattavasti ottaen huomioon olosuhteet
(paine ja lämpötila, virtaavat aineet,
likaantuminen, jne.) ja kustannuksia,
sekä asianmukaista vertailua on tehty
toisen vaihtoehtoisen tyypin kanssa
Muutama lähde, joihin Muutama lähde, jotka ovat
viitattu, mutta lähteet
merkittävästi vaikuttaneet työhön.
eivät merkittävästi ole
vaikuttaneet työhön.
Lähteet mainittu
satunnaisesti.
Sisältää virheitä , laskenta Oikeansuuntainen laskennan toteutus,
puuttellisesti esitetty,
laskentaproseduuri esitetty,
esimerkkilaskennan
numeeriset arvot yhtälöön
numeerisia arvoja ei
sijoituksineen esitetty
kunnolla esitetty
Lähteiden esittämien mallien ja
ajatuksien kanssa on käyty kriittistä
keskustelua työhön liittyen.
Olematon
Sinnepäin olevia
merkityksettömiä
kommentteja, sisältää
virheitä
Tuloksien merkityksestä pyritty
keskustelemaan asiallisesti, sisältäen
pientä käytännönläheistä kritiikkiä
työn tuloksiin
Tuloksien merkityksestä on
keskusteltu kriittisen asiallisesti,
sisältäen käytännönläheistä tuloksien
merkitysarviointia ja niiden
merkitystä on analysoitu tekstissä
lähdekritiikillä - sisältäen näkökumia:
LS. Tyyppi, rakenteen optimointi,
kustannukset, jne. Tehtävänannon
advanced osion tarkasteluja on tehty.
Työstä puuttuu mitoitus
excel -työkalu tai
vertaisarvio tai
molemmat
Mitoitustyökalu ja
vertaisarviot on
palautettu, mutta ne ovat
puutteellisia, virheellisiä
ja/tai keskittyneet
epäolenaiseen.
Mitoitus excel -työkalu on
ymmärrettävä. Vertaisarviointi
analysoi työtä ainakin joltakin
seuraavalta osa-alueelta: LS. Tyypin
valintaperustelut, laskennan esittely,
mitoituksen onnistuminen ja
johtopäätösten oikeellisuus
Mitoitus excel -työkalu on selkeä ja
oikein totetuttu. Vertaisarviointi
analysoi kattavasti työtä: LS. Tyypin
valintaperustelut, laskennan esittely,
mitoituksen onnistuminen ja
johtopäätösten oikeellisuus - myös
oman ryhmän työhön verraten
Oikeaoppinen laskenta,
laskentaproseduuri selkeästi esitetty,
(esimerkkilaskennan) numeeriset
arvot yhtälöön sijoituksineen esitetty:
aineominaisuudet, dimensiottomat
luvut, korrelaatiot, energiataseet, jne.),
10
5
YHT
YHT
5
40
Lämmönsiirtimen mitoitusprosessi
Tehtävän asettelu
− suunnittelussa huomioon tulee ottaa
monia asioita kuten:
•
•
•
•
•
•
likaantuminen
joustavuus (säätövara)
painon ja koon rajoitukset
Käyttökustannukset
Valmistuskustannukset
käyttöympäristön asettamat
vaatimukset (mekaaniset ja
termiset rasitukset)
Tulokset
Lämmönsiirrintyypin
valinta
U
Alkuarvaukset ja
oletukset
A
Määritetään
tarvittava pinta-ala
D,l
jne
Lämmönsiirtimen
mitat
Tarkistetaan
alkuarvaukset
ΔP
Painehäviöiden
laskenta
Virtaussuunnat
Myötä- ja
vastavirta
Ristivirta
Lämmönsiirrinten tyypit
Lämmönsiirtimen tyyppi on tärkein sen toimintaan vaikuttava tekijä.
Tyypin valintaan vaikuttavia parametrejä ovat mm. väliaineena toimivien
fluidien lämpötilat, paineet, viskositeetit sekä korrodoivat ominaisuudet
sekä lämmönsiirtimen likaantumisherkkyys ja hinta.
kaksoisputkilämmönsiirrin
Vaippa ja putki
Levylämmönsiirrin
Kompaktit lämmönsiirtimet
Menetelmät lämmönsiirtimen laskentaan
Alkutiedot/alkuarvaukset
Tärkeimpiä muuttujia lämmönsiirtimen mitoittamisessa ovat:
− siirtyvä lämpöteho q [W]
− lämmönsiirtopinta-ala A [m2]
− kokonais lämmönläpäisyluku U [W/m2K]
Menetelmät lämmönsiirtimen laskentaan
− Lämmönläpäisyluvun
alkuarvaus:
Menetelmät lämmönsiirtimen laskentaan
LOGARITHMIC MEAN TEMPERATURE DIFFERENCE
(LMTD) METHOD
ΔTm korvataan Δ Tlm:llä.
Menetelmät lämmönsiirtimen laskentaan
e-NTU-METHOD
epsilon NTU-metodiin liittyy kolme dimensiotonta
parametriä: NTU, ε ja C*.
NTU voidaan lukea C*:n ja epsilonin funktiona kuvaajasta
esim:
lämmönsiirtimen tehokkuus:
tällä perusteella siirtyvä lämpöteho saadaan
seuraavasta lausekkeesta:
Number of Transfer units:
Nyt lämmönsiirtopinta-ala voidaan
ratkaista NTU:n määritelmästä.
Menetelmät lämmönsiirtimen laskentaan
− Lämmönsiirtimen mittojen määritys
− Määritellään putkien halkaisijat, korkeus, leveys, pituus, levyjen määrä jne
tavittavat mitat
Lämmönläpäisyluku
kun tarvittava lämmönsiirtopinta-ala on ratkaistu, täytyy laskea
lämmönläpäisyluvun todellinen arvo.
laskennassa tulee usein laskea/selvittää mm. Reynolds, kitkakerroin, Prandtl ja viskositeetti.
=> virtaustekniikkaa
Lämmönsiirto ja painehäviöt
− Teidän tehtävänne on löytää sopivat korrelaatiot lämmönsiirron ja paineen
pudotuksen laskentaan.
− esimerkkejä:
Lämmönsiirto ja painehäviöt
Painehäviöt
kokonaispaineen lasku (erilainen eri geometrioissa):
Likaantuminen
Kirjallisuus
− Hammo, Simo. Lämmönsiirtimien likaantuminen. LTKK/ENTE. Julkaisu D-33.
1994.
− Sarkomaa, Pertti. Lämmönsiirtimen suunnittelumenetelmät ja lämpötekninen
mitoitus. LTKK/ ENTE. Julkaisu C-65. 1994.
− VDI Wärmeatlas / VDI Heat Atlas. (kirjasto, myös e-kirjana Wilmasta)
− Heat exchanger design handbook HEDH. Osat 1-5. Chenoweth. [et al.]. VDI.
1983.
− Incropera, Frank P., De Witt, David P. Fundamentals of heat and mass transfer.
Wiley. 2002.
− White, Frank M. Fluid mechanics. McGraw-Hill. 1999.
− Sarkomaa, Pertti. Lämpötekniikan perusteita ja peruskäsitteitä sekä
lämmönvaihtimien mitoitusperiaatteita. Insko-seminaari I3237/03 II. 2003.
− Perry’s chemical engineers’ handbook. McGraw-Hill 1984.
− McCabe W. L.: Unit operations of chemical engineering. McGraw-Hill 2005.
− Saari, Jussi. Heat Exchanger Dimensioning, Opetusmoniste(Draft) 2009.
(Noppa)