Járművek hő és áramlástechnikai berendezései II

Járművek hő és áramlástechnikai berendezései II., 2018 1

Járművek hő és áramlástechnikai berendezései II.

Előadásvázlatok a tantárgy

„Hőcserélők”

részéhez

Összeállította: Hargitai L. Csaba

2

Hőcserélők osztályozása I.Hőcserélő (heat exchanger)

Thőleadó > Thőfelvevő

Osztályozás működési elv szerint

• Keverő hőcserélők (mixing heat exchanger)

• Felületi hőcserélők (direct contact heat exchanger)

− Szakaszos működésű, regenerátorok (regenerating heat exchanger)

− Folyamatos működésű, rekuperátorok (recuperating heat exchanger)

3

Hőcserélők osztályozása II.

A hőhordozó közegek fajtája és alkalmazási területe szerint

• A hőcsere során egyik közegben sem történik fázisváltás

− Gáz-gáz hőcsere (gázturbina belső hőcserélő)

− Gáz-folyadék hőcsere (gépjárműmotorok vízhűtője)

− Folyadék-folyadék hőcsere (diesel motorok kenőolajhűtője)

• A hőcsere során csak az egyik közegben történik fázisváltás− Elpárologtató, evaporátor (Hűtőgépek, légkondicionálók)

− Kondenzátorok (hűtőgépek, légkondicionálók)

• A hőcsere során mindkét közegben történik fázisváltás− Elpárologtató-kondenzátor egység (kaszkád kapcsolású kétfokozatú hűtőgép)

4

Folyamatos működésű felületi hőcserélők (rekuperátorok) I.

A közegek egymáshoz viszonyított iránya

• Párhuzamos áramlású (parallel flow heat exchanger)

− Egyenáramú hőcserélő (uniflow heat exchanger)

− Ellenáramú hőcserélő (countercurrent heat exchanger)

• Keresztáramú (crosscurrent heat exchanger)− Tiszta keresztáramú hőcserélő

− Ellen - keresztáramú hőcserélő

5

Folyamatos működésű felületi hőcserélők (rekuperátorok) II.

A hőcserélők szerkezeti kialakítása

• Csövekből összeépített hőcserélők

• Lemezes hőcserélők

− Csőköteges hőcserélő (shell&tube)

− Csőkígyós hőcserélő (coil h.e.)

− Kettős csöves hőcserélő (tube in tube)

− Kompakt lemezes hőcserélő (plate)

− Spirállemezes hőcserélő (spiral plate)

6

Folyamatos működésű felületi hőcserélők (rekuperátorok) III.

Csőköteges hőcserélő (shell & tube heat exchanger)

Csőköpeny

Csőfenék

Belső csövek

Fedél

Fedélcsonk

Köpenycsonk Terelőszegmens

Fedél

7

Folyamatos működésű felületi hőcserélők (rekuperátorok) IV.

Csőkígyós hőcserélő (coil heat exchanger)

Kettős csöves hőcserélő (tube in tube heat exchanger)

8

Folyamatos működésű felületi hőcserélők (rekuperátorok) V.

Kompakt lemezes hőcserélő (plate heat exchanger)

9

Folyamatos működésű felületi hőcserélők (rekuperátorok) VI.

Spirállemezes hőcserélő (spiral plate heat exchanger)

10

Folyamatos működésű felületi hőcserélők (rekuperátorok) VII.

Hőcserélők bordázásaCél: a gázoldali hőátadási viszonyok javítása

Bordakialakítások:

hengeresoválishegesztett vagy sajtolt

öntött

11

Folyamatos működésű felületi hőcserélők (rekuperátorok) VIII.

Gáz-gáz hőcserélő

Gáz-gáz hőcserélő elvi vázlata

Gáz-gáz hőcserélő hőmérsékletprofiljai

12

Szakaszos működésű hőcserélők (regenerátorok) I.

Álló hőtároló anyaggal

Forgó hőtároló anyaggal

13

Felületi hőcserélők termikus számítása(Alapfogalmak, hőátbocsátás)

const.= v, , cp, υ, ρ

1111 dATTQd f

2222 dATTQd f

AdTTQd ff 21

hőátadás:

hővezetés

14

Felületi hőcserélők termikus számítása(Hőátbocsátás)

2222

21

1111

dAdQTT

Ad

QdTT

dAQdTT

f

ff

f

221121 dA

Qd

Ad

QddAQdTT

21

2211

111 TT

dAAddA

Qd

A hőcserélő „i” keresztmetszetében átbocsátott elemi hőmennyiség:

1111 dATTQd f

2222 dATTQd f

AdTTQd ff 21

15


21

2211

111 TT

dAAddA

Qd

1

1

dAdA

szorozzuk -vel

121

2

1

2

1

1

111 dATT

AA

AAQd

212

1

2

1

1

111 RRRAA

AA

k fal

mivel2

1

2

1

AA

dAdA

AA

AddA 11 és

Hőátbocsátási tényező:

16


1

1 0121

0

A

A

Q

Q

dATTkQd

10

211

11 dATTA

TA

köz

közTAkQ 1

121 dATTkQd

Közepes hőmérséklet-különbség:

Az átadott hőmennyiség:

Vékony falvastagság: AAA 21

21

111

k2

1

2

1

1

111AA

AA

k

17


Tiszta és szennyezett hőcserélő:

Tiszta esetben:

Szennyezett esetben:

21

111

tisztak

szennyezéstisztaüzemi

Rkk

1111

22

2

1

1

1

18

Felületi hőcserélők termikus számítása(Hőegyensúly)

A közegek hőkapacitása def.:

1111111 pp cAvcmW 2222222 pp cAvcmW és

átlagos izobár fajhő:2

"' ppp

ccc

Hőcserélők hőmérsékletváltozásai

"'"' 22221111 TTcmTTcmQ pp

2

1

1

2

22

11

"'"'

TT

WW

TTTT

19

Felületi hőcserélők termikus számítása(Hőmérsékletváltozások)

Hőveszteség nélküli esetet feltételezve: 2121 ""'' QQQQ azaz QQQ felle

Fázisváltozás nélküli esetben: közpp TAkTTcmTTcm "'"' 22221111

Egyenáramú hőcserélő:

20


Fázisváltozás nélküli esetben:

Ellenáramú hőcserélő:

21


Fázisváltozás esetén:

Kondenzáció:

Elpárolgás:

Kondenzáció és elpárolgás:

közp TAkTTcmrm "' 222211

közp TAkrmTTcm 221111 "'

közTAkrmrm 2211

22

Felületi hőcserélők termikus számítása(Közegek hőmérsékletkülönbségének logaritmikus középértéke)

A számítás peremfeltételei:

• A hőcserélő üzemállapota stacioner és nincs hőveszteség.• Az anyagjellemzők változatlanok, nem függenek a hőmérséklettől.•Az áramlási keresztmetszetek változatlanok• A hőcserélő hossza mentén fellépő hőáram elhanyagolható

a hőátadó felületen át kicserélt hőmennyiséghez képest.• A közegek mozgási energiájának változása elhanyagolható.

közköz TAkTTAkQ 21

?logkT

23


Párhuzamos áramlású hőcserélők:

TdAkTTdAkQd 21dA felületelemen átadott hő:

A közegek szerint: 222111 dTcmdTcmQd pp

24


1111 W

QdcmQddT

p

2222 W

QdcmQddT

p

212121

11)(WW

QdTdTTddTdT

ebből

dA felületelemnél a hőmérsékletkülönbség változása:

és

TdAkQd

21

11WW

TdAkTd

AT

T

A

dAWW

kTTd

0 021

11

21

0 11lnWW

AkTT

A

25


222111 "'"' TTWTTWQ

QTT

W 11

1

"'1

QTT

W 22

2

'"1

22110 '""'ln TTTT

QAk

TT

A

log

0

2211

ln

'""'k

A

TAk

TT

TTTTAkQ

ebből és

A hőcserélőben kicserélt hőmennyiség:

21

0 11lnWW

AkTT

A

A hőcserélőben kicserélt hőmennyiség:

26


min

max

minmax

21

21

2121

21

21

2211log

ln""''ln

""''

""''ln

'""'

TTTT

TTTT

TTTT

TTTT

TTTTTk

min

max

minmax

21

21

2121

21

21

2211log

ln"''"ln

"''"

'""'ln

'""'

TTTT

TTTT

TTTT

TTTT

TTTTTk

2minmax TTTk

A hőmérsékletkülönbség logaritmikus középértéke egyenáram esetén:

A hőmérsékletkülönbség logaritmikus középértéke ellenáram esetén:

Ha a hőmérsékletkülönbség kis mértékben változik:

27


A hőmérsékletkülönbség logaritmikus középértékeegyen és ellenáramtól eltérő kialakítás esetén:

1korrekciós tényező:

keresztáram ellen-keresztáram

1

2'

2''

2

''1

'1

WW

TTTTS

paraméterei: '2

'1

'2

''2

TTTTZ

훥푇 = 훥푇 휀

28

Felületi hőcserélők termikus számítása(Bosnjakovits-féle Φ tényezős méretezési módszer)

Egyenáramú hőcserélőre

21

0 11lnWW

AkTT

x

210 '' TTT

xx TTT 21

A ∆T egyenlete:

2121

21 11''lnWW

AkTTTT

xx

21

11

2121 '' WWAk

x

x

eTTTT

A közegek közötti hőmérséklet-különbség az x helyen:

29


2121

11)(WW

QdTTd

21

21

11WW

TTdQd

21

0

21

212121

21

1111''

111

0

WW

TT

WW

TTTTTTd

WW

Q xxT

T

x

21

11

2121 '' WWAk

x

x

eTTTT

2121

11

21

21

21

21

11

21 111''

11'''' WW

AkWWAk

xx

e

WW

TT

WW

TTeTTQ

A hőcserélőben az Ax helyig átadott hőmennyiség:

30


21

11

2

1

21

111 1

1

''' WWAk

xx

x

e

WWTT

WQTT

21

11

1

2

21

222 1

1

''' WWAk

xx

x

e

WW

TTWQTT

A hőleadó közeg hőmérsékletváltozás függvénye:

A hőfelvevő közeg hőmérsékletváltozás függvénye:

31


2

1

11

2111

1

1'''"21

WW

eTTTTWW

Ak

21,,, WWAkf

1

2

11

2122

1

1'''"21

WW

eTTTTWW

Ak

21,,, WWAkf

21

11

21

21 111'' WW

Ak

e

WW

TTQ

A kilépő hőmérsékletek:

A hőmennyiség: 21,,, WWAkf

1WAk

2

1

WWKét, egymástól független,

dimenzió nélküli szám az egyenletekben:

32


211 '' TTWQ

21

22

1

2

21

11

''"'

''"'

TTTT

WW

TTTT

AAx

2

1

1

1

1 2

1

1

WW

e WW

WAk

A hőcserélő termikus hatásfoka (def):

QTT

W 11

1

"'1

QTT

W 22

2

'"1

21

11

21

21 111'' WW

Ake

WW

TTQ

helyen

33


1WAk

2

1

WW

A hőcserélő hatásosságának diagramja

változók:

34

Egyen és ellenáramú hőcserélők összehasonlítása

Feltételek:• A termikus számítás feltételei• A közegek hőkapacitása azonos

WWW 21

Egyenáram:

WAk

WWAk

x

xx

eTTeTTTT

2

21

11

2121 '''' 21

Hőmérsékletváltozás a hőcserélőn belül:

Ellenáram:

21

11

2121 "' WWAk

x

x

eTTTT

constTTTTT x 2121 "'WWW 21

mivel

35


Azonos kilépési hőmérsékletek

Egyenáram:

0''""2

2121

WAk

eTTTT A

0"" 21 TT

Ellenáram:

TWTWTWTAkQ k 2211

A kicserélt hőmennyiség:

kWA

TTTTTTk

2121

2''

36


Következtetések:

ellenáramban nagyobb az átadott hőmennyiségés a közegek jobban lehűthetők ill. felmelegíthetők

ellenegyen AA

21 WW

Az egyik közeg fázisváltozása esetén 1W

Az egyen és ellenáramjellemzői megegyeznek.

AfTTTQ x ;;; maxmin

Egyenáramúnál mindig T”1>T”2 viszont ellenáramúnál lehet T”1<T”2

Hőcserélők tervezésénél mindig az ellenáramút kell előnyben részesíteni.

Kivéve:

37

A http://www.vrht.bme.hu címen az előadások anyagai 2018 február 28-ig megtekinthetők.

Az előadások, valamint a felhasznált filmbejátszások, továbbá egy sor érdekes anyag kizárólag a BME Közlekedésmérnöki Kar hallgatói számára került fel az adott címen elérhető helyre.

A tananyag összeállítója az Internetről letöltött és felhasznált képek, videófelvételek szerzőivel a kapcsolatot nem vette fel, engedélyüket nem kérte. Ezért az előadásanyagokat mindenki csak saját felelősségére töltheti le. (Az összeállított anyag – tudtunkkal – nem tartalmaz olyan filmet, melynek szerzői jogaira külön figyelmeztetés, vagy korlátozás lett volna a forrásoldalon.)

A rendelkezések, illetve az elfogadott gyakorlat szerint a világhálón lévő anyagok saját nonprofit jellegű felhasználásra (ha a letöltést külön nem védik) szabadon letölthetők. Oktatási célokra felhasznált anyagokat ingyenesen a hallgatók rendelkezésére is lehet bocsátani.

Az előadásanyagot a szerző állította össze. Az anyagok további másolása, továbbadása, értékesítése tilos. Az előadásanyagokat, annak részeit a szerző engedélye nélkül megváltoztatni, bármilyen formában felhasználni tilos.

Documents

Járművek hő és áramlástechnikai berendezései II