Toplam ısı transfer katsayısı

Bu hesap, genel ısı transfer katsayısını ve çok katmanlı bir duvardan ısı transferini hesaplamak için kullanılabilir. Hesap makinesi jeneriktir ve birimlerin kullanımı tutarlı olduğu sürece metrik veya emperyal birimler için kullanılabilir.

Duvar gibi bir yüzeyden ısı transferi şöyle hesaplanabilir

q = U A dT                        (1)

q = ısı transferi (W (J/s), Btu/h)

U = Toplam ısı transfer katsayısı (W/(m2K), Btu/(ft2 h oF))

A = alan (m2, ft2)

dT = (t1 – t2)     = duvardaki sıcaklık farkı (oC, oF)

Çok katmanlı bir duvar, boru veya ısı eşanjörü için – duvarın her iki tarafında akışkan akışı olan – toplam ısı transfer katsayısı şu şekilde hesaplanabilir

1 / U A = 1 / hci Ai + Σ (sn / kn An) + 1 / hco Ao                                      (2)

U = Genel ısı transfer katsayısı (W/(mK), Btu/(ft2 h oF))

kn = Katman n’deki malzemenin ısıl iletkenliği  (W/(m K), Btu/(hr ft °F))

hc i,o = iç veya dış duvar bireysel sıvı taşınım ısı transfer katsayısı (W/(mK), Btu/(ft2 h oF))

s= n tabakasının kalınlığı (m, ft)

Tüm katmanlarda eşit alana sahip bir düzlem duvarı – basitleştirilebilir

1 / U = 1 / hci + Σ (sn / kn) + 1 / hco                               (3)

Isı iletkenliği – k – bazı tipik malzemeler için (iletkenliğin sıcaklığa göre değişebilen bir özellik olmadığı için)

  • Polipropilen PP : 0.1 – 0.22 W/(m K)
  • Paslanmaz : 16 – 24 W/(m K)
  • Alüminyum : 205 – 250 W/(m K)
  • 1 W/(m K) = 0.5779 Btu/(ft h oF)
  • 1 W/(mK) = 0.85984 kcal/(h m2 oC) = 0.1761 Btu/(ft2 h oF)

Konveksiyon ısı transfer katsayısı h aşağıdakilere bağlıdır

  • sıvının türü – eğer gaz veya sıvı ise
  • hız gibi akış özellikleri
  • diğer akış ve sıcaklığa bağlı özellikler

Bazı ortak akışkanlar için taşınımlı ısı transfer katsayısı:

  • Hava – 10 – 100 W/m2K
  • Su – 500 – 10 000 W/m2K

Çok katmanlı duvarlarda – Isı transferi hesaplayıcı

  • statik hava tabakası, 40 mm (1.57 in)  : R = 0.18 m2K/W
  • iç ısı transfer direnci, yatay akım : R = 0.13 m2K/W
  • dış ısı transfer direnci, yatay akım : R = 0.04 m2K/W
  • iç ısı transfer direnci, aşağıdan yukarıya doğru ısı akımı : R = 0.10 m2K/W
  • dış ısı transfer direnci, yukarıdan aşağıya doğru ısı akımı : R = 0.17 m2K/W

Örnek – Havadan havaya ısı eşanjöründe ısı transferi

Polipropilen PP, alüminyum veya paslanmaz çelikten, 2 m2 alana ve duvar kalınlığı 0.1 mm olan bir havadan havaya eşanjör yapılabilir.

Hava için ısı transfer taşınım katsayısı 50 W / m2K’dır. Eşanjördeki iç sıcaklık 100 oC ve dış sıcaklık 20 oC ‘dir.

Birim alan başına toplam ısı transfer katsayısı U, (3) ile değiştirilerek hesaplanabilir.

U = 1 / (1 / hci + s / k + 1 / hco)                                               (3b)

Isı değiştirici için genel ısı transfer katsayısı

  • Isı iletkenliği olan polipropilen 0,1 W / mK

UPP = 1 / (1 / (50 W/m2K) + (0.1 mm) (10-3 m/mm)/ (0.1 W/mK) + 1 / (50 W/m2K))

   = 24.4 W /m2K

Isı transferi

q = (24.4 W /m2K) (2 m2) ((100 oC) – (20 oC))

   = 3904 W

   = 3.9 kW

  • Isı iletkenliği olan paslanmaz çelik 16 W / mK:

USS = 1 / (1 / (50 W/m2K) + (0.1 mm) (10-3 m/mm)/ (16 W/mK) + 1 / (50 W/m2K))

   = 25 W /m2K

Isı transferi

q = (25 W /m2K) (2 m2) ((100 oC) – (20 oC))

   = 4000 W

   = 4 kW

  • termal iletkenliğe sahip alüminyum 205 W / mK:

UAl = 1 / (1 / (50 W/m2K) + (0.1 mm) (10-3 m/mm)/ (205 W/mK) + 1 / (50 W/m2K))

   = 25 W /m2K

Isı transferi

q = (25 W /m2K) (2 m2) ((100 oC) – (20 oC))

   = 4000 W

   = 4 kW 

  • 1 W/(mK) = 0.85984 kcal/(h m2 oC) = 0.1761 Btu/(ft2 h oF)

İletkenlerde ısı transferi

Eşanjörlerde Aritmetik ve Logaritmik Ortalama Sıcaklık Farkı

Hüseyin Sümer hakkında 82 makale
Chemical and Mechanical engineer. Entrepreneur. Passionate about, Technology and Research.

İlk yorum yapan olun