گزارش کارهایی از کارگاه انتقال حرارت

convection تئوری منظور از جابجایی انتقال گرما بین یک سطح و یک سیال متحرک با دما های مختلف است.مقدار حرارتی که در جابجایی منتقل میشود تابع نوع، خواص ترموفیزیکی (چگالی، لزجت، ضریب هدایت گرمایی و گرمای ویژه) ، شرایط و طبیعت حرکت (آزاد یا اجباری بودن سیال) و شکل هندسی سطح است. انتقال حرارت به طریق جابجایی اجباری در اثر حرکت سیال در اثر عوامل خارجی نظیر پمپ، فن یا باد بوجود می آید.بعنوان مثال اگر سیال سردی با دمای T∞ . با سرعت جریان آزاد U∞ بر روی یک سطح گرم با دمای Ts جریان یابد، لایه های مجاور سطح ، گرما را دریافت کرده و در اثر اغتشاش و اختلاط آن را به تمامی قسمتهای سیال می رساند.در حالی که در جابجایی آزاد یا طبیعی ، جریان توسط نیروهای غوطه وری ایجاد می گردد که بعلت اختلاف چگالی ناشی از تغییرات دما در سیال بروز می کند.اگر میدان گرانش تنها ایجاد کننده جریان آزاد باشد، که معمولا آنچه در واقعیت اتفاق می افتد این است، در آن صورت در غیاب آن ، یعنی وقتی شرایط بی وزنا حاکم است، و به شرطی که جابجایی اجباری وجود نداشته باشد، انتقال حرارت تنها شامل هدایت و تابش خواهد بود، مثل ماهواره ها. به طور کلی می توان گفت هر جابجایی اجباری با جابجایی آزاد همراه است و میزان تاثیر نسبی جابجایی آزاد بر جابجایی اجباری، با افزایش اختلاف درجه حرارت در نقاط مختلف سیال ، افزایش یافته ، و برعکی با افزایش سرعت سیال ، کاهش می یابد.وقتی شرعت سیال نسبتا زیاد باشد، می توان از اثر جابجایی آزاد صرفه نظر کرد. محاسبه شار گرمایی ، صرفه نظر ار طبیعت حرکت سیال، طبق قانون سرمایش نیوتون برابر است با: (1) q''=h (Ts - T∞) که در آن Ts ، دمای یکنواخت سطح، T∞ دمای سیال روی سطح و h بعنوان ضریب جابجایی موضعی تعریف می شود.چون شرایط جریان در نقطه به نقطه سطح تغییر می کند، لذا h نیز در امتداد سطح ، متغییر خواهد بود و در نتیجه مقدار شار گرمایی نیز، در امتداد سطح ، متغییر است.با تعریف ضریب جابجایی متوسط یرای کل سطح، نرخ کلی انتقال گرما را می توان چنین نوشت: (2) که در آن As مساحت سطح است.از دو رابطه بالا نتیجه می شود که ضریب جابجایی متوسط و موضعی توسط رابطه زیر به هم مربوط اند: (3) و برای حالت خاص جریان روی صفحه تخت به طول x=L داریم: (4) با توجه به معادلات (1) و (2) شار گرمایی موضعی یا نرخ کلی انتقال گرما با داشتن ضریب جابجایی موضعی و ضریب جابجایی متوسط تعیین می شوند.بدین دلیل تعیین این ضرایب بعنوان مسئله اصلی در جابجایی تلقی می شوند.البتع این، یک مسئله ساده نیست و همانطور که در ابتدا به آن اشاره شد، به متغیر های مستقل کثیری وابسته است. اهمیت لایه های مرزی و جریان آرام و مغشوش: اولین قدم اساسی در بررسی هر مسئله جابجایی ، تعیین آرام یا مغشوش بودن لایه مرزی است.ضریب اصطکاک و جابجایی به شدت به این شرایط بستگی دارند. در لایه مرزی آرام ، حرکت سیال منظم است و انتقال حرارت ناشی از پدیده پخش است و پروفایل سرعت تقریبا خطی است.در حالی که در لایه مرزی مغشوش حرکت سیال کاملا نا منظم بوده و با نوسانات سرعت مشخص می گردد.این نوسانات اندازه حرکت و انرژی و بنابراین اصطکاک سطحی و ضریب جابجایی را افزایش می دهند.در منطقه مغشوش انتقال فقط ناشی از اغتشاش جریان است. لایه مرزی ابتدا آرام است ولی در فاصله ای از لیه ابتدایی آشفتگی ها تقویت شده و تبدیل به جریان مغشوش، شروع می شود.نوسانات سیال در ناحیه انتقال شروع می شوند و لایه مرزی در نهایت کاملا مغشوش می شود. در ناحیه انتقال ، پدیده پخش و اختلاط، ناشی از اغتشاش قابل مقایسه اند. از این رو هنگام محاسبه رفتار لایه مرزی ، اغلب، معقول تر این است که فرض کنیم تبدیل در نقطه ای مانند Xc به نام طول مشخصه بحرانی ، شروع می گردد. شرح کار : (جابجایی آزاد) دستگاه شامل سه بخش برای اندازه گیره دما است . در نقطه وسط آن منبع حرارتی وجود دارد و میانگین دو نقطه دیگر را دمای محیط می خوانیم . در مرحله اول منبع را روشن کرده و دماسنج دستگاه را در نقطه پایینی قرار داده و دما را پس از 10 دقیقه می خوانیم . سپس همین کار را برای نقطه فوقانی سیستم انجام می دهیم . میانگین این دو دما را Tمی نامیم . حال دماسنج را درون نقطه وسط دستگاه ( منبع حرارتی ) قرار داده و متابق قبل پس از 10 دقیقه دما را Tمی نامیم . * در هر بخش آزمایش میزان حرارت تولیدی توسط دستگاه تغییر یافته و مراحل فوق الذکر مجددا تکرار می شود . * در ابتدای آزمایش بایستی ولتاژ (V) و آمپر (I) پس از ثابت شدن از روی دستگاه بمنظور اندازه گیری q خوانده شود . I) (Q =V (جابجایی اجباری) دستگاه شامل سه بخش برای اندازه گیره دما است . در نقطه وسط آن منبع حرارتی وجود دارد و میانگین دو نقطه دیگر را دمای محیط می خوانیم . در قسمت بالای آن نیز یک مکنده تعبیه شده . در مرحله اول مکنده و منبع حرارتی را روشن کرده و دماسنج دستگاه را در نقطه پایینی قرار داده و دما را پس از 10 دقیقه می خوانیم . سپس همین کار را برای نقطه فوقانی سیستم انجام می دهیم . میانگین این دو دما را Tمی نامیم . حال دماسنج را درون نقطه وسط دستگاه ( منبع حرارتی ) قرار داده و متابق قبل پس از 10 دقیقه دما را Tمی نامیم . در مرحله آخر آزمایش توسط دستگاه سرعت سنج هوا ، سرعت حرکت هوا را در ابتدای ورود به سیستم خوانده و V گزارش می کنیم . * در هر بخش آزمایش میزان دور مکنده تغییر یافته و مراحل فوق الذکر مجددا تکرار می شود . * در ابتدای آزمایش بایستی ولتاژ (V) و آمپر (I) پس از ثابت شدن از روی دستگاه بمنظور اندازه گیری q خوانده شود . I) (Q =V موارد خطا - حسگر دما باید بگونه ای در ستون قرار گیرد که با بدنه برخورد نداشته باشد . در غیر این صورت در اندازه گیری دما خط بوجود می آید . - هنگامی باید ولتاژ و آمپر اندازه گیری شود که دستگا ه عدد ثابتی را برای آنها نشان دهد . - هنگام اندازه گیری دماها در نقاط مختلف دستگاه باید به سیستم به اندازه کافی فرصت داد تا دما به حالت تعادل برسد - مدارهای الکتریکی دستگاه شامل سیستم فن و گرمکن بایست کاملا مجزا باشند تا در میزان ولتاژ و آمپر اختلال و افت ایجاد نشود . نتیجه گیری - میزان انتقال حرارت در جابجایی آزاد به مراتب کمتر از میزان انتقال در جابجایی اجباری است . - یکی از عوامل مهم در جابجایی ، سرعت حرکت سیال و حجم جابجایی سیال است . جدول نتایج و محاسبات الف) انتقال حرارت به طریق جابجایی Transfer A)Convection Heat جابجایی آزاد Free Convection No A(m2) Ts(0 C) (0 C) V(v) I(A) P(w) 1 0.01 57.4 100.5 2.0 201 1002.50 2 0.01 67.5 125 2.5 312.5 1367.61 3 0.01 85.9 154.5 3.0 463.5 1191.52 محاسبات برای یک حالت انتقال حرارت به طریق جابجای جابجایی آزاد(حالت 3): V= 154.5 v T1= 32.9 (0 C) T2= 60.5 (0 C) I = 2.5A P=V.I= 2.5 ×154.5=463.5w = A=0.01 m2 Ts=85.9(0 C) h=? P=h A (Ts-T∞) ب) انتقال حرارت به طریق جابجایی Transfer A)Convection Heat جابجایی اجباری Force convection No A(m2) Ts(0 C) (0C) V(v) I(A) P(w) 1 0.01 42.6 100.5 2.0 201 2271.19 2 0.01 39.1 125 2.5 312.5 3742.52 3 0.01 38.8 154.5 3.0 463.5 6139.07 محاسبات برای یک حالت انتقال حرارت به طریق جابجای جابجایی اجباری(حالت 3): V= 154.5 v T1= 27.3 (0 C) 60.5 T2= 35.2(0 C) I = 2.5A P=V.I= 2.5 ×154.5=463.5w = A=0.01 m2 Ts= 38.8(0 C) h=? P=hA (Ts-T∞) منابع • ^ Sadik Kakaç and Hongtan Liu (2002). Heat Exchangers: Selection, Rating and Thermal Design (2nd Edition ed.). CRC Press. ISBN 0849309026. • ^ Saunders, E. A. (1988). Heat Exchanges: Selection, Design and Construction. New York: Longman Scientific and Technical. • ^ Kister, Henry Z. (1992). Distillation Design (1st Edition ed.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-034909-6. • ^ Perry, Robert H. and Green, Don W. (1984). Perry's Chemical Engineers' Handbook (6th Edition ed.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-049479-7. • ^ Air Pollution Control Orientation Course from website of the Air Pollution Training Institute • ^ Energy savings in steam systems Figure 3a, Layout of surface condenser (scroll to page 11 of 34 PDF pages) English attachment: Convection in the most general terms refers to the movement of molecules within fluids (i.e. liquids, gases and rheids). Convection is one of the major modes of heat transfer and mass transfer. In fluids, convective heat and mass transfer take place through both diffusion – the random Brownian motion of individual particles in the fluid – and by advection, in which matter or heat is transported by the larger-scale motion of currents in the fluid. In the context of heat and mass transfer, the term "convection" is used to refer to the sum of advective and diffusive transfer. Convective heat transfer A common use of the term convection leaves out the word "heat" but nevertheless refers to heat convection: that is, the case in which heat is the entity of interest being advected (carried), and diffused (dispersed). • In one of two major types of heat convection, the heat is carried passively by a fluid motion which would occur anyway without the heating process. This heat transfer process is often termed "forced convection" or occasionally "heat advection." • In the other major type of heat convection, heating itself may cause the fluid motion (via expansion and buoyancy force), while at the same time also causing heat to be transported by this bulk motion of the fluid. This process is called natural convection, or "free convection". In the latter case, the problem of heat transport (and related transport of other substances in the fluid due to it) is generally more complicated. Both forced and natural types of heat convection may occur together (in that case being termed mixed convection). Convective heat transfer is a mechanism of heat transfer occurring because of bulk motion (observable movement) of fluids (see convection for concept details). This can be contrasted with conductive heat transfer, which is the transfer of energy by vibrations at a molecular level through a solid or fluid, and radiative heat transfer, the transfer of energy through electromagnetic waves. As convection is dependent on the bulk movement of a fluid it can only occur in liquids, gases and multiphase mixtures. Convective heat transfer is split into two categories: natural (or free) convection and forced (or advective) convection, also known as heat advection. Natural convection occurs when a system becomes unstable and therefore begins to mix by the movement of mass. A common observation of convection is of thermal convection in a pot of boiling water, in which the hot and less-dense water on the bottom layer moves upwards in plumes, and the cool and more dense water near the top of the pot likewise sinks. Natural convective heat transfer When heat is transferred by the circulation of fluids due to buoyancy from the density changes induced by heating itself, then the process is known as natural convection or free convection. Familiar examples are the upward flow of air due to a fire or hot object and the circulation of water in a pot that is heated from below. For a visual experience of natural convection, a glass that is full of hot water filled with red food dye may be placed inside a fish tank with cold, clear water. The convection currents of the red liquid will be seen to rise and also fall, then eventually settle, illustrating the process as heat gradients are dissipated. Forced convection atural heat convection (also called free convection) is distinguished from various types of forced heat convection, which refer to heat advection by a fluid which is not due to the natural forces of buoyancy induced by heating. In forced heat convection, transfer of heat is due to movement in the fluid which results from many other forces, such as (for example) a fan or pump. A convection oven thus works by forced convection, as a fan which rapidly circulates hot air forces heat into food faster than would naturally happen due to simple heating without the fan. Aerodynamic heating is a form of forced convection. Common fluid heat-radiator systems, and also heating and cooling of parts of the body by blood circulation, are other familiar examples of forced convection. مبدل حرارتی تئوری مبدل حرارتی: مبدل حرارتی وسیله ای است که برای انتقال حرارت موثر بین دو یا چند سیال ساخته شده است که در آن دو سسال توسط یک دیواره از هم جدا شده اند ، بنابراین دو سیال هیچ وقت در همدیگر وخلوط نمی گردند. بیشترین استفاده مبدل های حرارتی در : حرارت دادن های فضایی ، یخچال ها ، تهویه مطبوع، تجهیزات قدرت ، واحد های شیمی ، پتروشیمی، پالایشگاه ها و نصفیه گازهای طبیعی می باشد. یک مثال ملموس از مبدل حرارتی، تشعشع حرارت در اتومبیل ها می باشدکه در آن حرارت توسط سیال خنکی از منبع حرارت که موتور ماشین می باشد گرفته می شود. آرایش جریان در مبدل های حرارتی: یک گونه طبقه بندی مبدل های حرارتی ، بر حسب آرایش و نحوه حرکت جریان سیال در آنها است.در مبدل های حرارتی ((جریان موازی)) ، دو سیال وارد شده ، هر دو از یک سوی مبد وارد آن می شوند و یه صورت موازی همراه یکدیگر تا رسیدن به آن سوی مبدل حرکت می کنند. در مبدل های حرارتی با جریان های نا همسو، سیالات وارد شده به مبدل حرارتی، از دو سوی مخالف وارد گشته و جهت حرکت آنها مخالف یکدیگر است.این نوع مبدل بسیار موثرتر از نوع جران نوازی یا ((همسو)) می باشد زیرا میزان حرارت انتقال یافته از دو سیال به یکدیگر بیشتر است.برای اینکه بازده مبدل های حرارتی بالاتر رود، طوری آن را طراحی می کنند که بیشترین سطح تماس و کمترین مقاومت حرکتی بین دو سیال ایجاد گردد.کارایی مبدل های حرارتی با اضافه کردن فین ها و موج های اضافی، حتی بیشتر خواهد شد زیرا سطح تماس بیشتر از قبل شده و در سیال ایجاد تلاطم می کند. حرارت انتقال یافته توسط نبدل حرارتی، به موقعیت آن نیز بستگی دارد.برای این منظور از LMTD استفاده می کنند تا وضعیت بهتری به مبدل اعمال کنند.ولی گاهی اوقات، اطلاعاتی از LMTD در دسترس نیست، بنابراین به ناچار از روش NTU در چنین مواردی استفاده می گردد. انواع مبدل های حرارتی به طور خلاصه: *مبدل حرارتی پوسته-لوله: این نوع نبدل ها ، حاوی یک سری از لوله ها می باشند.یک دسته از این لوله ها مختص سیالی است که باید انتقال حرارات بر روی آن انجام گردد.سیال دیگر ، بر روی لوله ها و در پوسته حرکت می کند ، بنابراین هم می تواند حرارت را تز سیال به درون خود جذب کند یا به سیال حرارت دهد، هم می تواند آن حرارت را به بیرون پوسته انتقال دهد.لوله ها اقسان مختلفی دارند: لوله های پهن، صفحه ای، پره دار بلند و... . این نوع مبدل های حرارتی ، در فشار های بالا (حدود و بیشتر از 30 بار) و دماهای بالاتر از 260 سانتیگراد کاربرد دارند که دلیل آن ، قابلیت تحمل این شکل از نبدل ها در چنین شرایطی است. در طراحی چنین مبدل های حرارتی، موارد زیر بهتر است که نادیده گرفته نگردد: ابعاد لوله:هرچه ابعاد لوله کمتر باشد، مبل حرارتی کوچکتر و اقتصادی تری خواهیم داشت و پر شدن مبدل نیز راحت تر انجام گردد ولی تمیز سازی مکانیکی آن در عوض، مشکل تر خواهد شد. ضخامت لوله:که باید بهینه باشد زیرا: مقاومت در برابر خوردگی بالا رود،مقاومت در برابر ضریه های جریان سیال بالا تر رود، مقاومت محوری بیشتر گردد،. بلندی لوله تراکم و تعداد لوله ها میزان موج های لوله ها که هر چه موارد یاد شده بهینه تر باشند، میزان انتقال حرارت بیشتر خواهد بود. جانمایی و زاویه نصب لوله ها:چهار نوع چیدمان عمده عبارتند از: مثلثی:تصب لوله ها با زاویه 30 درجه نسبت به محور مثلثی وارونه:نصب لوله ها با زاویه 60 درجه نسبت به محور مربعی: نصب لوله ها با زاویه 90 درجه نسبت به محور مریعی وارونه: نصب لوله ها با زاویه 45 درجه نسبت به محور و در آخر نیز باید به طراحی پره ها اشاره کرد که بحث راجب آنها از حوصله این مبحث خارج است. *مبدل های حرارتی صفحه ای:نوع دیگر از مبدل های حرارتی، مبدل های حرارتی صفحه ای است که از صفحه های چندگانه ، نازک ، پهن و جدا از هم که سطح زیادی از سیال را در بر می گیرد تشکیل شده است. راندمان این نوع مبدل های حرارتی نسبت به مبدل های حرارتی پوسته-لوله کمتر است، چیدمان آنها راحت تر است ولی بر خلاف ظاهرشان، طراحی سخت تری داند ولی هزینه تمام شده برای ستخت آنها ارزان تر از مبدل های حرارتی پوسته-لوله است. *مبدل های حرارتی بازیافت کننده: نوع سوم از مبدل های حرارتی می باشد که در آن، سیالی که باید انتقال حرارت از آن انجام گردد در قاب پوسته ، و سیال دوم بر روی پوسته حرکت می کند. نکته ای جلب توجه می کند، این است که سیال دوم توسط عمال سومی خنک ( یا در بعضی مواقع ، گرم) میگردد و به هیچ عنوان از مبدل حرارتی خارج نمی گردد.این نوع مبدل ها، جزء گرانترین مبدل ها از لحاظ تولید و باصرفه ترین مبدل ها از لحاظ صنعتی هستند. *مبدل های حرارتی آدیاباتیک غلتکی و و مبدل های حرارتی صفحه پره ای و مبدل های حرارتی سیالات خاصّ نیز دیگر انواع مبدل های حرارتی هستند که توضیحات بیشتر را می توانید از منابع آخر این گزارش کار بدست آورید. شرح کار مرحله اول آزمایش قرار دادن مبدل بصورت جریان همسو است . در این حالت گرمکن سیستم که یک آب گرمکن است را روشن کرده به سیستم اجازه می دهیم تا دمایش بالا و به حدود 60 تا 70 درجه سانتی گراد برسد . با رسید به این دما ، جرین آب سرد را که منبع آن آب لوله کشی شهر است را باز کرده و به سیستم اجازه به تعادل رسیدن را می دهیم . با رسیدن به دمای تعادل ، 4 دما قابل اندازه گیری است : - دمای آب سرد ورودی - دمای آب سر دخروجی - دمایآب گرم ورودی - دمای آب گرم خروجی این دما سنج ها در ابتدای ورودی ها و ابتدای خروجی ها قرار داده شده اند . دبی خروجی آب سرد گرم شده که از سیستم خارج می شود را یک روتامتر در انتهای سیستم نشان میدهد . مرحله بعد با تعویض ورودی و خروجی آب شهر آغاز می شد . با این عمل سیستم به صورت جریان ناهمسو در آمده و باقی مراحل عینا طبق روش قبل انجام می شود . * برای جلوگیری از اتلاف وقت در این آزمایش ، در ابتدا بهتر است آب گرم شده را در سیستم ریخته تا دمای آن زودتر به حد مطلوب برسد . * برای افزایش سرعت بالا رفتن دما همچنین می توان شیر خروجی سیستم را که به مخزن سیستم وارد می شود را مقدار کمی بست . با شرط این که فشار به اندازه خیلی زیاد به سیستم وارد نشود . * همانگونه که ذکر شد ، تنها با تعویض ورودی و خروجی آب سرد ، می توان سیستم را از حالت همسو به ناهمسو تغییر داد . * بسته بودن شیر وردی آب گرم سیستم خطرات جانی ببار خواهد آورد . پس قبل از آزمایش از این مورد باید اطمینان حاصل شود . موارد خطا - قبل از اندازه گیری دما در هر مرحله بایستی چند دقیقه سیستم را در حالت مورد نظر قرار داد تا سیستم به حالت تعادل برسد . دما های ثبت شده باید در این زمان گزارش شده باشند . - وجود نشتی در اتصالات باعث هواگیری دستگاه شده و مشکلاتی را ایجاد می کند از جمله این که : در اندازه گیری دبی خروجی تولید مشکل می کند و از آن مهمتر در انتقال حرارت درون سیستم اختلال ایجاد کرده و باعث کاهش بازده دستگاه می شود . نتیجه گیری - در جریان ناهمسو اختلاف دما خروجی ها زیاد است اما در جریان همسو ، با وجود اختلاف دما در ابتدای ورود ، دمای خروجی ها اختلاف کمی دارد . - وجود بافل در سیستم باعث ایجاد تلاطم رده و باعث پخش یکنواخت دما در پوسته می شود . - شدت جریان آب گرم و سرد ، هر دو در میزان انتقال و تبادل حرارت موثر هستند . محاسبات و نتایج محاسبه ی ضریب انتقال حرارت کلی در جریان همسو : Q = 3.8×10-5 Cw H20 = 4180 q = m0.Cw.ΔT = 0.038×4180×11 = 1747.24 w ρH2O = 1000 ΔT (Cold) = Tc1-Tc2 = (39-28) = 11 0C m0 = Q×ρ = 3.8×10-5×1000 = 0.038 r = 0.009 m A= пr2 3- 10× 3.31 = 13 × Number of pipes = 13 C = Cold Water H = Hot Water Tc1 = 28 0C سیال سرد در پوسته)) th1 = 55 0C ((سیال گرم در لوله Tc2 = 39 0C th2 = 47 0C (LMTD)ΔTm = عملیات محاسباتی مربوط به نمودار F (ضریب تصحیح) صفحه ی 538 : محور) x) : P = منحنی)) : R = محور) y) : F = 0.81 q = UFA ΔTm = محاسبه ی ضریب انتقال حرارت کلی در جریان ناهمسو : Q =7.5×10-5 Cw H20 = 4180 q = m0.Cw.ΔT = 0.075×4180×11 =3448.5 w ρH2O = 1000 ΔT (Cold) = Tc1-Tc2 = (38-27) = 110C m0 = Q×ρ = 7.5×10-5×1000 = 0.075 r = 0.009 m A= пr2 3- 10× 3.31 = 13 × Number of pipes = 13 C = Cold Water H = Hot Water Tc1 = 27 0C سیال سرد در پوسته)) th1 = 47 0C ((سیال گرم در لوله Tc2 = 38 0C th2 = 42 0C (LMTD)ΔTm = عملیات محاسباتی مربوط به نمودار F (ضریب تصحیح) صفحه ی 538 : محور) x) : P = منحنی)) : R = محور) y) : F = 0.83 q = UFA ΔTm = منابع • Coulson, J. & Richardson, J. (1983), Chemical Engineering – Design (SI Units), Volume 6, Pergamon Press, Oxford. • ^ Hewitt G, Shires G, Bott T (1994), Process Heat Transfer, CRC Press Inc, Florida. • ^ Table: Various Types of Gas - Liquid Direct Contact Heat Exchangers (Hewitt G, Shires G & Bott T, 1994) • ^ Patent 2,046,968 John C Raisley • ^ Sentry Equipment Corp Spiral tube Heat Exchangers • ^ a b Alfa Laval Spiral Heat Exchangers • ^ Cooling Text • ^ E.A.D.Saunders (1988). Heat Exchangers:Selection Design And Construction Longman Scientific and Technical ISBN 0-582-49491-5 • ^ spiral heat exchangers English attachment: A heat exchanger is a device built for efficient heat transfer from one medium to another, whether the media are separated by a solid wall so that they never mix, or the media are in direct contact.[1] They are widely used in space heating, refrigeration, air conditioning, power plants, chemical plants, petrochemical plants, petroleum refineries, and natural gas processing. One common example of a heat exchanger is the radiator in a car, in which the heat source, being a hot engine-cooling fluid, water, transfers heat to air flowing through the radiator [i.e. the heat transfer medium]. Flow arrangement Heat exchangers may be classified according to their flow arrangement. In parallel-flow heat exchangers, the two fluids enter the exchanger at the same end, and travel in parallel to one another to the other side. In counter-flow heat exchangers the fluids enter the exchanger from opposite ends. The counter current design is most efficient, in that it can transfer the most heat from the heat (transfer) medium. See countercurrent exchange. In a cross-flow heat exchanger, the fluids travel roughly perpendicular to one another through the exchanger. For efficiency, heat exchangers are designed to maximize the surface area of the wall between the two fluids, while minimizing resistance to fluid flow through the exchanger. The exchanger's performance can also be affected by the addition of fins or corrugations in one or both directions, which increase surface area and may channel fluid flow or induce turbulence. The driving temperature across the heat transfer surface varies with position, but an appropriate mean temperature can be defined. In most simple systems this is the log mean temperature difference (LMTD). Sometimes direct knowledge of the LMTD is not available and the NTU method is used. Types of heat exchangers Shell and tube heat exchanger A Shell and Tube heat exchanger Main article: Shell and tube heat exchanger Shell and tube heat exchangers consist of a series of tubes. One set of these tubes contains the fluid that must be either heated or cooled. The second fluid runs over the tubes that are being heated or cooled so that it can either provide the heat or absorb the heat required. A set of tubes is called the tube bundle and can be made up of several types of tubes: plain, longitudinally finned, etc. Shell and Tube heat exchangers are typically used for high pressure applications (with pressures greater than 30 bar and temperatures greater than 260°C.[2] This is because the shell and tube heat exchangers are robust due to their shape. There are several thermal design features that are to be taken into account when designing the tubes in the shell and tube heat exchangers. These include: • Tube diameter: Using a small tube diameter makes the heat exchanger both economical and compact. However, it is more likely for the heat exchanger to foul up faster and the small size makes mechanical cleaning of the fouling difficult. To prevail over the fouling and cleaning problems, larger tube diameters can be used. Thus to determine the tube diameter, the available space, cost and the fouling nature of the fluids must be considered. • Tube thickness: The thickness of the wall of the tubes is usually determined to ensure: o There is enough room for corrosion o That flow-induced vibration has resistance o Axial strength o Ability to easily stock spare parts cost Sometimes the wall thickness is determined by the maximum pressure differential across the wall. • Tube length: heat exchangers are usually cheaper when they have a smaller shell diameter and a long tube length. Thus, typically there is an aim to make the heat exchanger as long as physically possible whilst not exceeding production capabilities. However, there are many limitations for this, including the space available at the site where it is going to be used and the need to ensure that there are tubes available in lengths that are twice the required length (so that the tubes can be withdrawn and replaced). Also, it has to be remembered that long, thin tubes are difficult to take out and replace. • Tube pitch: when designing the tubes, it is practical to ensure that the tube pitch (i.e., the centre-centre distance of adjoining tubes) is not less than 1.25 times the tubes' outside diameter.A larger tube pitch leads to a larger overall shell diameter which leads to a more expensive heat exchanger. • Tube corrugation: this type of tubes, mainly used for the inner tubes, increases the turbulence of the fluids and the effect is very important in the heat transfer giving a better performance. • Tube Layout: refers to how tubes are positioned within the shell. There are four main types of tube layout, which are, triangular (30°), rotated triangular (60°), square (90°) and rotated square (45°). The triangular patterns are employed to give greater heat transfer as they force the fluid to flow in a more turbulent fashion around the piping. Square patterns are employed where high fouling is experienced and cleaning is more regular. • Baffle Design: baffles are used in shell and tube heat exchangers to direct fluid across the tube bundle. They run perpendicularly to the shell and hold the bundle, preventing the tubes from sagging over a long length. They can also prevent the tubes from vibrating. The most common type of baffle is the segmental baffle. The semicircular segmental baffles are oriented at 180 degrees to the adjacent baffles forcing the fluid to flow upward and downwards between the tube bundle. Baffle spacing is of large thermodynamic concern when designing shell and tube heat exchangers. Baffles must be spaced with consideration for the conversion of pressure drop and heat transfer. For thermo economic optimization it is suggested that the baffles be spaced no closer than 20% of the shell’s inner diameter. Having baffles spaced too closely causes a greater pressure drop because of flow redirection. Consequently having the baffles spaced too far apart means that there may be cooler spots in the corners between baffles. It is also important to ensure the baffles are spaced close enough that the tubes do not sag. The other main type of baffle is the disc and donut baffle which consists of two concentric baffles, the outer wider baffle looks like a donut, whilst the inner baffle is shaped as a disk. This type of baffle forces the fluid to pass around each side of the disk then through the donut baffle generating a different type of fluid flow. Conceptual diagram of a plate and frame heat exchanger. A single plate heat exchanger Plate heat exchanger Main article: Plate heat exchanger Another type of heat exchanger is the plate heat exchanger. One is composed of multiple, thin, slightly-separated plates that have very large surface areas and fluid flow passages for heat transfer. This stacked-plate arrangement can be more effective, in a given space, than the shell and tube heat exchanger. Advances in gasket and brazing technology have made the plate-type heat exchanger increasingly practical. In HVAC applications, large heat exchangers of this type are called plate-and-frame; when used in open loops, these heat exchangers are normally of the gasketed type to allow periodic disassembly, cleaning, and inspection. There are many types of permanently-bonded plate heat exchangers, such as dip-brazed and vacuum-brazed plate varieties, and they are often specified for closed-loop applications such as refrigeration. Plate heat exchangers also differ in the types of plates that are used, and in the configurations of those plates. Some plates may be stamped with "chevron" or other patterns, where others may have machined fins and/or grooves. Regenerative heat exchanger A third type of heat exchanger is the regenerative heat exchanger. In this, the heat (heat medium) from a process is used to warm the fluids to be used in the process, and the same type of fluid is used either side of the heat exchanger (these heat exchangers can be either plate-and-frame or shell-and-tube construction). These exchangers are used only for gases and not for liquids. The major factor for this is the heat capacity of the heat transfer matrix. Also see: Countercurrent exchange, Regenerator, Economizer Adiabatic wheel heat exchanger A fourth type of heat exchanger uses an intermediate fluid or solid store to hold heat, which is then moved to the other side of the heat exchanger to be released. Two examples of this are adiabatic wheels, which consist of a large wheel with fine threads rotating through the hot and cold fluids, and fluid heat exchangers. This type is used when it is acceptable for a small amount of mixing to occur between the two streams. See also: Air preheater. Plate fin heat exchanger This type of heat exchanger uses "sandwiched" passages containing fins to increase the effectivity of the unit. The designs include crossflow and counterflow coupled with various fin configurations such as straight fins, offset fins and wavy fins. Plate and fin heat exchangers are usually made of aluminium alloys which provide higher heat transfer efficiency. The material enables the system to operate at a lower temperature and reduce the weight of the equipment. Plate and fin heat exchangers are mostly used for low temperature services such as natural gas, helium and oxygen liquefaction plants, air separation plants and transport industries such as motor and aircraft engines. Advantages of plate and fin heat exchangers: • High heat transfer efficiency especially in gas treatment • Larger heat transfer area • Approximately 5 times lighter in weight than that of shell and tube heat exchanger • Able to withstand high pressure Disadvantages of plate and fin heat exchangers: • Might cause clogging as the pathways are very narrow • Difficult to clean the pathways Fluid heat exchangers This is a heat exchanger with a gas passing upwards through a shower of fluid (often water), and the fluid is then taken elsewhere before being cooled. This is commonly used for cooling gases whilst also removing certain impurities, thus solving two problems at once. It is widely used in espresso machines as an energy-saving method of cooling super-heated water to be used in the extraction of espresso. Waste heat recovery units A Waste Heat Recovery Unit (WHRU) is a heat exchanger that recovers heat from a hot gas stream while transferring it to a working medium, typically water or oils. The hot gas stream can be the exhaust gas from a gas turbine or a diesel engine or a waste gas from industry or refinery. Dynamic scraped surface heat exchanger Another type of heat exchanger is called "(dynamic) scraped surface heat exchanger". This is mainly used for heating or cooling with high-viscosity products, crystallization processes, evaporation and high-fouling applications. Long running times are achieved due to the continuous scraping of the surface, thus avoiding fouling and achieving a sustainable heat transfer rate during the process. The formula used for this will be Q=A*U*LMTD, whereby Q= heat transfer rate. Phase-change heat exchangers Typical kettle reboiler used for industrial distillation towers Typical water-cooled surface condenser In addition to heating up or cooling down fluids in just a single phase, heat exchangers can be used either to heat a liquid to evaporate (or boil) it or used as condensers to cool a vapor and condense it to a liquid. In chemical plants and refineries, reboilers used to heat incoming feed for distillation towers are often heat exchangers.[3][4] Distillation set-ups typically use condensers to condense distillate vapors back into liquid. Power plants which have steam-driven turbines commonly use heat exchangers to boil water into steam. Heat exchangers or similar units for producing steam from water are often called boilers or steam generators. In the nuclear power plants called pressurized water reactors, special large heat exchangers which pass heat from the primary (reactor plant) system to the secondary (steam plant) system, producing steam from water in the process, are called steam generators. All fossil-fueled and nuclear power plants using steam-driven turbines have surface condensers to convert the exhaust steam from the turbines into condensate (water) for re-use.[5][6] To conserve energy and cooling capacity in chemical and other plants, regenerative heat exchangers can be used to transfer heat from one stream that needs to be cooled to another stream that needs to be heated, such as distillate cooling and reboiler feed pre-heating. This term can also refer to heat exchangers that contain a material within their structure that has a change of phase. This is usually a solid to liquid phase due to the small volume difference between these states. This change of phase effectively acts as a buffer because it occurs at a constant temperature but still allows for the heat exchanger to accept additional heat. One example where this has been investigated is for use in high power aircraft electronics. Direct contact heat exchangers Direct contact heat exchangers involve heat transfer between hot and cold streams of two phases in the absence of a separating wall.[7] Thus such heat exchangers can be classified as: • Gas – liquid • Immiscible liquid – liquid • Solid-liquid or solid – gas Most direct contact heat exchangers fall under the Gas- Liquid category, where heat is transferred between a gas and liquid in the form of drops, films or sprays. [2] Such types of heat exchangers are used predominantly in air conditioning, humidification, water cooling and condensing plants.[8] تشعشع انتقال حرارت تشعشعی آزمایشهای مربوط به گرما از خورشید از طریق یک فضای وسیع خلا و تهی به زمین می‌رسد و این مسیر را بصورت اشعه ، مانند نور ولی نامرئی طی می‌کند. هر جسم گرم ، حتی انسان از خود اشعه‌هایی گسیل می‌کند. اجسام سرد این آزمایشهای مربوط به گرما را جذب می‌کنند ، بنابراین مثل همیشه انتقال خالص آزمایشهای مربوط به گرما از جسم گرم به جسم سرد صورت می‌گیرد. از اینرو ، آزمایش‌های مربوط به گرما همانند نور از طریق تابش و به خط مستقیم منتقل می‌شود. برای همین ، وقتی در آزمایشهای مربوط به هوا باز مقابل آتش می‌نشینیم، صورت ما از آزمایشهای مربوط به گرما سرخ می‌شود و پشت ما سردتر می‌شود. کارایی یک جسم در تابش یا جذب آزمایشهای مربوط به گرما به رنگ سطح آن بستگی دارد. جسم سیاه هر تابشی را به سرعت و با کارایی زیاد جذب می‌کند. توانایی تابش انرژی گرمایی از سطح بستگی نزدیکی به توانایی جذب انرژی تابشی توسط آن سطح دارد. جسم سیاه هنگامی که گرم است، یک تابنده عالی است. به همین دلیل پرده‌های خنک کننده موتورها را همواره رنگ سیاه می‌زنند. اما جسم سفید نه جذب کننده خوبی است و نه تابشگر خوب است. به عنوان مثال سطح نقره مانند اغلب فلزات همانند جسم سفید عمل می‌کنند. برای عایق بندی اتاقکهای زیر شیروانی از یک لایه ورق آلومینیوم نیز استفاده می‌شود. ورق آلومینیوم از تابش گرمای داخل به خارج در زمستان و از تابش گرمای خارج به داخل در تابستان جلوگیری می‌کند. حرارت در سیستم گرمایش تابشی از طریق امواج مادون قرمز منتقل می‌شود، لذا امکان جهت دادن به مسیر گرمایش وجود داشته و حرارت بیشتر در فضای نزدیک به کف و سایر مکانهای مورد نیاز متمرکز می‌گردد. در سیستم گرمایش از طریق جابجایی هوای گرم، حرارت بیشتر در زیر سقف متمرکز می‌گردد و سطوح نزدیکتر به کف و محل فعالیت پرسنل از دمای مناسب برخوردار نخواهد شد و اتلاف از طریق سقف بسیار زیاد است. حرارت از طریق تابش (گرمایش تابشی)، جذب هوای محیط نمی‌شود و اتلاف حرارتی در اثر تعویض هوا بسیار ناچیز است اتلاف حرارتی به علت حرکت هوای گرم و خروج آن از جداره‌ها، درها، پنجره‌ها و هواکش‌ها در سیستم جابجایی بسیار زیاد است. امکان زون بندی و کنترل منطقه‌ای در سیستم گرمایش تابشی و قابلیت انعطاف زیاد این سیستم، امکان گرمایش در مناطق انتخابی طبق نیاز طراحی شده را، ایجاد می‌نماید در سیستم گرمایش جابجایی، امکان کنترل و جهت دهی به حرکت هوا وجود ندارد، در نتیجه هوای گرم به فضاهای ناخواسته نیز وارد می‌شود و باعث افزایش مصرف و هزینه سوخت می‌گردد. سیستم گرمایش تابشی باعث چرخش هوا نمی‌شود، در نتیجه آلودگی مواد معلق و غبار موجود در هوا به شدت کاهش یافته و اثرات مثبت در بهداشت محیط کار دارد گرمایش به روش جابجایی بستگی به حرکت هوای گرم دارد، در کارگاههای رنگ، صنایع غذایی و بسیاری از صنایع دیگر، حرکت هوا، ایجاد گردوغبار ناخواسته کرده و به پایین آمدن کیفیت شرایط محیط کار و محصول منجر می‌گردد. حرارت منتقل شده از طریق سیستم گرمایش تابشی مستقیما کف، اشیاء و افراد واقع شده در مسیر را گرم می‌کند، بدون اینکه نیازی به گرم شدن کل محیط باشد. در نتیجه حرارت تابشی محیط را سریعتر گرم می‌کند. کوتاه شدن زمان گرمایش، صرفه جویی زیادی در انرژی و وقت در بردارد.تسریع در آماده شدن پرسنل و محیط کار (Recovery Time) و عدم نیاز به روشن بودن سیستم گرمایش قبل و بعد از ساعت مفید کاری، از دیگر مزایای این سیستم است گرم شدن محیط به روش جابجایی به کندی و پس از گرم شدن کل هوای موجود در محیط صورت می‌گیرد و امکان خاموش نمودن سیستم گرمایش در ساعات غیر کاری وجود نداشته و علی رغم مصرف سوخت زیاد، مناطق نزدیک به محل کار(کف) دیرتر گرم می‌شود. مزایا و کاربری‌های سامانه‌های گرمایش تابشی در این قسمت ویژگی‌های سامانه‌ی گرماتاب درگستره‌ی کاربرد آن در تأمین گرمایش انواع فضاهای صنعتی و غیر صنعتی مورد بررسی قرار می‌گیرد. بدین‌منظور صنایع، انبارها، تعمیرگاه‌های خودرو، مرغداری‌ها، گلخانه‌ها و فضاهای ورزشی به‌عنوان نمونه‌هایی از کاربری گرماتاب انتخاب شده‌اند و ویژگی‌های گرماتاب به فراخور هر فضا مورد مطالعه قرار می‌گیرد. داده‌های این قسمت برمبنای تجربه‌ها و گزارش‌های شرکت‌های سازنده، مصرف‌کنندگان و همچنین دانشگاه‌ها و مؤسسات تحقیقاتی مختلف گردآوری شده‌است. بسیاری از این نتایج طی سال‌های اخیر در پی اجرای پروژه‌های متعدد در صنایع مختلف ایران، توسط سازمان‌های دولتی مرتبط و نیز مصرف‌کنندگان مورد تأیید قرار گرفته‌است. بی‌شک آشنایی مدیران و صاحبان صنایع و نیز عموم جامعه با سامانه‌های گرمایش تابشی و ویژگی‌های آن، بستر توسعه و گسترش هر چه بیشتر این فناوری و بهره‌مندی صنایع و بخش‌های مختلف کشورمان از مزایای آن را فراهم خواهد نمود. سالن‌های صنعتی در قسمت پیشین ویژگی‌های سامانه‌های گرمایش تابشی در مقایسه با سامانه‌های هوای‌گرم از لحاظ صرفه‌جویی در مصرف انرژی مورد مطالعه قرار گرفت. در ادامه سایر ویژگی‌های سامانه‌های تابشی در مقایسه با سامانه‌های گرمایشی هوای‌گرم مورد بررسی قرار خواهد گرفت. حذف موتورخانه مرکزی فضای اشغال‌شده توسط تجهیزات و تأسیسات سامانه‌های گرمایش هوای‌گرم (شامل: موتورخانه، شبکه‌ی لوله‌ها و کانال‌های انتقال هوای گرم و ...) به مراتب بیشتر از سامانه‌های گرمایش تابشی می‌باشد. ابعاد تجهیزات سامانه‌های گرمایش تابشی عموماً کوچک‌تر بوده و از سوی دیگر با نصب آن در سقف یا روی دیوار، فضای مفید و قابل استفاده‌ی داخل سالن اشغال نخواهد شد (احتمال سرقت آن‌ها نیز کاهش می‌یابد!). بدیهی است به کارگیری این سامانه تأثیر به‌سزایی در کاهش هزینه‌ی لازم برای تخصیص فضای مورد نیاز جهت تأسیسات یاد شده را در پی خواهد داشت. افزون بر این، حذف موتورخانه و تجهیزات آن، نصب و اجرای تأسیسات گرمایشی سالن را سرعت خواهد بخشید. از سوی دیگر همان‌گونه که در قسمت پیشین اشاره شد، با حذف موتورخانه‌ی مرکزی، تلفات حرارتی داخل موتورخانه که حدود ۵٪ مجموع تلفات حرارتی را شامل می‌شود، به همراه تلفات مسیر انتقال سیال واسطه تا سالن (حدود ۱۵ الی ۲۰٪ مجموع تلفات حرارتی) حذف می‌شود. سادگی راهبری و نگهداری سامانه گرمایش تابشی سامانه‌های گرمایش تابشی هرچند از فناوری پیشرفته‌تری نسبت به سامانه‌های گرمایش هوای‌گرم بهره می‌برند، با وجود این ساختار آن‌ها از پیچیدگی کمتری برخوردار می‌باشد. به همین دلیل، تعمیر و نگهداری آن در مقایسه با سامانه‌ی گرمایش هوای‌گرم که شامل تأسیسات حجیم و پیچیده‌ی بخار و آب، شبکه‌ی کانال‌های هوا، لوله‌ها و ... است، بسیار ساده‌تر است و در نتیجه هزینه‌ی کمتری را نیز در پی خواهد داشت. ساختمان سامانه‌های گرمایش تابشی از اجزای بسیار کمتری نسبت به سامانه‌های گرمایش هوای‌گرم برخوردار است و تنها بخش متحرک در آن‌ها فن مکنده می‌باشد؛ به همین لحاظ عملکرد این سامانه‌ها با فرسودگی کمتری نیز همراه است که این امر طول عمر دستگاه را افزایش می‌دهد؛ از سوی دیگر در صورت از کار افتادن بخشی از سامانه‌ی گرمایش تابشی، تعمیر یا تعویض قطعات مربوط به آن بخش با هزینه‌ی کمتری انجام می‌گیرد. سادگی نسبی ساختار سامانه‌های گرمایش تابشی، هزینه‌ی نصب و راه‌اندازی آن‌ها را نیز به‌طور چشم‌گیری کاهش می‌دهد و مدت زمان لازم بدین منظور را به حداقل می‌رساند. حفظ سلامت محیط سامانه‌های گرمایش حرارت مرکزی به دلیل ضرورت استفاده از شبکه‌ی کانال‌های انتقال هوای گرم یا کنوکتورهای فن‌دار نظیر یونیت هیتر، همواره موجب جابه‌جایی ذرات ریز معلق در هوا و رشد و پراکندگی موجودات زنده‌ی میکروسکوپی در فضای داخل ساختمان می‌گردند؛ در حالی که در گرمایش تابشی چنین مشکلی ایجاد نخواهد شد. ضمن آنکه تولید و توزیع گرمای مورد نیاز در این روش با کم‌ترین میزان تولید صدا صورت می‌گیرد و نیز مشکل سرعت جریان هوای گرم دریچه‌های توزیع که در سامانه‌های حرارت مرکزی امری اجتناب‌ناپذیر است، منتفی می‌شود. بدین ترتیب سامانه‌های گرمایش تابشی نسبت به سایر سامانه‌های گرمایشی، هوای سالم‌تری را تأمین می‌کنند. این امر به افزایش بهره‌وری کار کارکنان واحدهای صنعتی و تجاری می‌انجامد. حتی صرف‌نظر از مسأله‌ی بهره‌وری انرژی، تأمین گرمایش سالم و حفظ کیفیت هوا- متناسب با استانداردهای مورد نیاز برخی صنایع خاص همچون داروسازی، صنایع غذایی، کارگاه‌های رنگ، مرغداری‌ها و ... - ضرورت وجودی سامانه‌های گرمایش تابشی متناسب را نشان می‌دهد. مستقل‌بودن هر سامانه در گرماتاب‌های تک‌مشعلی، هر یک از دستگاه‌های گرمایش تابشی به‌صورت مستقل عمل می‌کنند. این از یک سو موجب می‌شود تا نقص احتمالی عملکرد یک واحد تأثیری در عملکرد واحدهای دیگر نداشته باشد و از سوی دیگر تأمین و توزیع انرژی گرمایی بر حسب نیاز و تصمیم مدیران واحدهای صنعتی و تجاری، از انعطاف‌پذیری بیشتری برخوردار گردد. کاهش مشکلات جنبی در سامانه‌های گرمایش تابشی، مشکلات متداول مرتبط با تأسیسات جانبی سامانه‌های گرمایش حرارت مرکزی مانند سختی آب، یخ‌زدگی لوله‌ها، نشتی لوله‌ها و کانال‌ها، عایق‌کاری و غیره وجود نداشته و از این نظر نیز خسارتی متوجه سامانه‌ی گرمایش تابشی نمی‌شود (مانند ترکیدگی لوله‌ها و انواع نشتی‌ها). کاهش اثرات زیست‌محیطی سامانه‌های گرمایش تابشی به سه دلیل عمده اثرات منفی کمتری روی محیط زیست دارند: ۱. مصرف کمتر سوخت به ازای واحد سطح تحت گرمایش ۲. راندمان احتراق بالاتر نسبت به سایر سامانه‌ها که منجر به کاهش آلودگی COو NOx می‌گردد. ۳. تخلیه‌ی هوا و محصولات احتراق با دمای کمتر در جو کره‌ی زمین که در نتیجه تأثیر کمتری بر افزایش آنتروپی کره‌ی زمین خواهد داشت. ** تابش الكترومغناطيسي-تابش جسم سياه تابش الكترومغناطيسي: هر شي در نجوم بوسيله تابش الكترو مغناطيسي مشاهده مي شود بنابر اين توجه به برخي از مباني فيزيك درباره تابش وجذب لازم است .تابش الكترو مغناطيسي فقط يك موج متحرك در ميدان مغناطيسي و الكتريكي است كه در معادلات ماكسول به هم مربوط مي شوند.موج الكترو مغناطيسي باسرعت نور منتشر مي شود. C=2.998*108 حاصل ضرب طول موج و فركانس برابر سرعت نور است. C = F * g كه به صورت سنتي طيف سنجها طول موج را اندازه گيري مي كنند. با وسائل جديد تمام محدوده طيف قابل مشاهده است. تعدادي ازطول موجهايي كه فقط مي توانند در بالاي جو اندازه گيري شوند؛درفنآوري ماهواره اي به كارمي روند. تابش نور به چندطريق صورت مي گيرد: 1-فرآيند پهن شدگي -تابش جسم سياه. 2-تابش خطي . 3-تابش سينكروترون ناشي از بارهاي الكتريكي شتابدار. ما درباره’ مورد اول بحث خواهيم كرد. تابش جسم سياه: جسم گرم در دماي مشخص T گستره پهني از امواج الكترو مغناطيس تابش مي كندو جسم گرمتر آبي تر تابش ميكند . براي مثال داخل زمين يك مخزن نور است كه مانند يك باطري ضعيف شده كم نورتر وقرمزتر است . اين مسئله در ابتداي قرن بيستم در فيزيك كلاسيك حل شده ويكي از موفقيتهاي مكانيك كوانتومي شكل گرفته بود. طيف تابش گسيل يافته براي فيزيك كلاسيك يك مشكل بزرگ بود . استفان و بولتزمن كشف كردند كه تمام گرماي تابش شده بوسيله سطح جسمي با مساحت A و دمايT برابر است با: Q=AsT4 s =5.67*10^-8 شدت تابش درواحد حجم كه تابع طول موج است ،اندازه گيري شد. موقعيت ماكزيمم ناگهاني در طيف ،توسط قانون جابجايي وينز ((((Winesشريح شد و مكان بيشترين شدت در طول موج 3-^10*2.9 كه در آن Tدر مقياس كلوين است. بنابرا ين طول موج تابش گسيل يافته، نظريه تابشي جسم را ارائه مي دهد. تلاشهاي رايلي (Raleigh)براي توضيح مشاهدات از نظر كلاسيكي نا موفق بود .او محاسباتي انجام داد با اين فرض كه موجها درون كاواك قرار بگيرند وتابش گريزي از سوراخ كوچكي در ديواره كاواك را بدست آورد.فقط طول موجهايي مجازبودند كه دقيقا موج بر ديواره كاواك قرار مي گرفت (ديواره’ كاواك مكان گره ها بود). رايلي فرض كرد كه هر گونه طول موج داراي انرژي KT است( K ثابت بولتزمن است).محاسبات پش بيني مي كرد كه در دماي T تابندگي (شدت تابش ) به طول موج وابسته است. I(l)= T/λ^4 فرض بالا يك مشكل دارد؛وقتي طول موج صفر مي شود شدت بينهايت مي گرددواين مساله به عنوان فاجعه فرابنفش شناخته شد. در سال 1900م.پلانگ اين مشكل را با گسسته فرض كردن تابش الكترو مغناطيسي حل كرد.او فرض كرد كه تابش بوسيله نوسانگرهاي الكترو مغناطيسي درون ديواره كاواك توليد ميشود.انرژي نوسانگرها فقط مي توانست به صور ت گسسته مضربي از بسامد باشدn=0,1,2,3,… ; E=nhn. محا سبات پلانگ تفاوت بنيادي با محاسبا ت رايلي داشت كه مقادير انرژي را پيوسته فرض كرده بود. محاسبات پلانك تابندگي در طول موج خاص را بصورت زير داد: I(l)=2*π*h*c^2/[l^5[exp(hc/lkT)-1]] فرم بالاقانون استفان بولتزمن و قانونوينز را تاييد مي كند . در طول موجهاي زياد فرمول بال منجر به نتايج رايلي مي شود. در واقع در اندازه گيري دماي يك ستاره نوعي طيف سنجي يا نور سنجي ميتواند به كار رود. مقايسه بين تابندگي نسبي مقدار نور گسيل شده يك ستاره در دو طول موج:. اين نسبت مشخصه دمايي است بنابر اين اندازه گيري تمام طيف جسم سياه الزامي نيست.چون تابندگي در هر دماي مشخص به طور نسبي در شدت 550 nm بهنجار شده است.called V or Visual Band اندازه گيري دوم در تابندگي 440nm (( called B or Blue band )) اندازه گيري دما را ممكن ميسازد. شرح کار دستگاه شامل دو صفحه است . یکی ثابت و منبع حرارتی ، دیگری محرک و قابل تعویض به صفحه سیاه و خاکستری . برای شروع آزمایش ابتدا دستگه را روشن می کنیم تا دمای صفحه بالا برود . دمای این صفحه نهایتا به 200 درجه سانتی گرد می رسد . میزان انرژی حرارتی نیز از روی دستگاه بر حسب وات خوانده می شود . با رسیدن به بالا ترین نقطه ، آزمایش را در سه مرحله برای هر صفحه انجام می دهیم . بدین صورت که ابتدا صفحه سیاه را در فاصله 15 سانتی متری منبع حرارتی قرار داده و با ثابت شدن دمای آن که توسط دستگاه نشان داده می شود ، دما را بعوان T گزارش می کنیم . در مراحل بعد این اعمال را در 10 و 5 سانتی متر فاصله از دستگاه انجام می دهیم . حال بایستی برای مرحله بعد صفحه خاکستری در دستگاه قرار داده می شود اعمال فوق الذکر بر روی آن اعمال می شود . * در مرحله اول آزمایش بایستی در فرمول مربوط به انتقال حرارت تابشی ، برای صفحه سیاه 0= قرار داده شود . سپس با بدست آوردن ضریب استفان بولتزمن ( ) در مرحله بعد از آن اسنفاده کرد . * در هنگام آزمایش بایستی حتما از دستکش مخصوص استفاده شود . برای صفحه خاکستری هدف آزمایش پیدا کردن می باشد . موارد خطا - این آزمایش بایستی دور از تابشهای دیگر همچنین به دور از محیط جابجایی صورت گیرد . اما بدلیل عدم وجود امکانات در محیط هم دارای جابجایی هستیم و هم نورهایی مانند نور خورشید ، مهتابی و چراغ در آزمایشگاه ، این آزمایش با مقدار بسیار زیادی خطا همراه ایت . - در دو مرحله آزمایش یعنی صفحه سیاه و خاکستری ، فواصل باید بدقت و برابر بار مرحله قبل تنظیم شود . - برای به حالت تعادل رسیدن صفحات بایستی به سیستم فرصت کافی داد . نتیجه گیری - در انتقال حرارت تابشی میزان فاصله مهم نی

گزارش کارهایی از کارگاه انتقال حرارت

مطالب مشابه :

مقاله کامل مبدل های حرارتی

گزارش کار مبدل حرارتی دو لوله‏‏ ای (آب-آب)

گزارش کار مبدل حرارتی آزمایشگاه انتقال حرارت

گزارش کار انتقال حرارت

مقاله کامل مبدل های حرارتی

نام تجهیز : مبدل حرارتی (Heat Exchanger)

گزارش کار انتقال حرارت

دانلود جزوه طراحی مبدل های حرارتی

گزارش کارهایی از کارگاه انتقال حرارت