게시판 > 질답게시판 > 열교환기 Cold Fluid 입구 온도 변화가 출구온도에 미치는 영향은?

스테파노 Stefano

09-08-19 12:07

(상변화없는 경우)열교환기의 열수지
Q=UA(LMTD corrected) = M Cp (T1-T2) = m Cp (t2-t1) ...........(1) M, T, 고온측 유량, 온도, m,t, 저온측 유량 온도

T1을 고정하고 t1을 높였다고 하면, LMTD가 줄어들 것이므로 Q가 작아졌습니다. 즉 열교환 능력이 줄어든 것입니다.
이때 T2와 t2는 함께 변할 것인데 Q가 줄어들려면 T2가 올라가야 하고 (t2-t1)값도 줄어들게 됩니다. 당연한 사실이지 이상한 일이 아닙니다 .

T2 = T1 - Q/(MCp).............T1 고정되어 있다면 Q가 줄면 T2 올라감
t2 = t1 + Q/(mCp)............t1이 올라갔으면 (t2-t1)이 줄어들어야 함. Q/(mcP)가 줄어든 것과 t1올라간 값이 같은 경우에는 t2 불변.

똘똘스머프 pido798

09-08-19 18:28

스테파노님 빠른 답변 감사드립니다.

하지만 이 문제는 그리 간단하지만은 않은 듯합니다.
Cold Fluid의 입구 온도 상승으로 LMTD가 낮아져 Heat Duty가 감소하더라도 입구 온도 상승분이 있기때문에
보통의 열교환기같은 경우는 Cold side의 출구온도 Heat Duty감소분을 상쇄하고도 처음보다 상승하게 되지요...

HYSYS Simulator을 이용하여 보통의 열교환기(TEMA AEU, Horizontal Type)를 Rating한 결과
Colde Side입구 온도 상승시 출구온도는 상승하는 것으로 나타납니다.

문제는 Vertical Type에 CES 열교환기에서만 다른게 이 현상이 다르게 나타난다는 것입니다.
입구 온도가 약 10도 상승하니깐 LMTD는 약 1.5도 떨어지는 것으로 HYSYS에서 계산되고 오히려 출구온도가
이전보다 약 1.3도 떨어지네요...

아무리 생각해도 이상하네요.. 제가 모르는 무언가가 Vertical Type 열교환기에 있는 듯한데..

Stefano

09-08-22 15:36

앞선 답글의 (1)식의 우측 2개의 변만 추리면
M Cph (T1-T2) = m Cpc (t2-t1)......................(1)

t2 = t1 + (MCph/mCpc)(T1-T2)......(2a) t1, t2, T2, 변경전 온도
t2'= t1' + (MCph/mCpc)(T1-T2')......(2a) t1',t2', T2'..변경후 온도 T1불변
---------------------------------------------------------
(t2'-t2) = (t1'-t1) + (MCph/mCpc)(T2-T2')......(3)

t1'>t1임에도 불구하고 t2'<t2가 되는 경우는 바로 위(3)식의 우변이 음수가 될 때입니다. 즉
(t1'-t1) + (MCph/mCpc)(T2-T2')<0 ...............(4) 이 식이 가능하면 t1'>t1임에도 불구하고 t2'<t2가 되겠지요.
(MCph/mCpc)(T2-T2')<(t1-t1')......................(5) 이 식의 우변은 음수 (∵ t1'>t1, t1의 온도를 올렸기 때문)
따라서 (MCph/mCpc)(T2-T2')<0 or (T2-T2')<0 or T2'>T2......(6)

(6)식이 성립하면 (5)식, (4)식이 성립하고 이로써 (3)식의 절대값은 음수, 따라서 t2'<t2 ...........(7) QED