게시판 > 질답게시판 > 열교환기 총괄전열계수 질의

Stefano

23-05-18 12:34

(1) 이전에 사용조건에서 운전되던 열교환기는 운전조건(유량, 유속, 입출구 온도차)이 달라지면 고온 및 저온측 물성(밀도, 비열,점도,열전달계수)과 함께 흐름조건이 달라지게 됨에 따라 대류전열계수를 결정하는 Reynolds No., Prandtle No., Nusselt No. 값들이 달라져서 총괄전열계수가 달라지게 됩니다.

(2) 잠열이 없이 현열이 교환되는 열교환기라고 가정하는 경우 열수지(Energy Balance)에 의한 전열량 Qe는:
고온측 전열량(방열) = m1*Cp1*(ΔT1) = 저온측 전열량(흡열) = m2*Cp2*(ΔT2) = Qe ...(1) <---m, Cp, ΔT(입출구 온도차)가 변하면 Q도 변함

(3) 열전달(Heat Transfer)에 의한 전열량 Qt은:
전열량 Qt = U*A*LMTD ...(2) <-----운전조건이 달라지면 (1)에 설명한 내용처럼 U값이 달라지고 (2)항에설명한 Δt가 변하면 LMTD(=Function of (Δt))도 달라짐. Δt은 열교환기 입구 및 출구의 고온 저온 유체간 온도차, LMTD =(Δt2-Δt1)/ln(Δt2/Δt1) ...(3) <----LMTD가 어떻게 10℃에서 20℃로 달라지게 되었는지 확인해 봐야함. LMTD가 커졌다고 해도 U값이 줄어들수 있고 그로인하여 Q값이 늘어났는지 줄어들었는지 확인이 되어야 함.

따라서 A는 불변이지만 Qt값이 달라짐. Qt=Qe .....(4) 이기 때문에 (1),(2),(3),(4)식을 만족시키는 조건으로 Qe=Qt=Q 값이 자연히 결정됨

(4) 유속이 빨라지고 Nusselt No (=h*D/k=Function of Re, Pr).....(5)가 늘어나면 개별전열계수 h값이 커지게 됨, 이 때는 Q값이 늘어나지만 반대로 유속이느려지고 점도가 늘어나면 Q값이 줄어듦.

(5) U값의 결정
U= {(1/hi)+(1/ho)+(x/km) +고온,저온측 Fouling 저항)}^(-1)....(6) <---hi, ho는 전열Tube inside, outside의 대류전열계수인데 (1)항(5)에서 설명한 바와 같이 운전조건이 달라지면 hi, ho 값들에 의해 U값이 변화됨.

결론적으로... 변경전조건에서의 U1*A*LMTD1 변경후 조건에서의 U2*A*LMTD2 를 비교해 봐야 판단이 가능한데 그리하려면 수식(1)~(6)식을 모두 계산해 봐야 검증이 가능합니다.

(2) 잠열이 없이 현열이 교환되는 열교환기라고 가정하는 경우 열수지(Energy Balance)에 의한 전열량 Qe는: 
고온측 전열량(방열) = m1*Cp1*(ΔT1) =  저온측 전열량(흡열) = m2*Cp2*(ΔT2)  = Qe   ...(1)   <---m, Cp, ΔT(입출구 온도차)가 변하면 Q도 변함

(3) 열전달(Heat Transfer)에 의한 전열량 Qt은:
전열량 Qt = U*A*LMTD  ...(2)   <-----운전조건이 달라지면 (1)에 설명한 내용처럼 U값이 달라지고 (2)항에설명한 Δt가 변하면 LMTD(=Function of (Δt))도 달라짐.    Δt은 열교환기 입구 및 출구의 고온 저온 유체간 온도차,  LMTD =(Δt2-Δt1)/ln(Δt2/Δt1) ...(3)  <----LMTD가 어떻게 10℃에서 20℃로 달라지게 되었는지 확인해 봐야함.  LMTD가 커졌다고 해도 U값이 줄어들수 있고 그로인하여 Q값이 늘어났는지 줄어들었는지 확인이 되어야 함.

따라서  A는 불변이지만 Qt값이 달라짐.  Qt=Qe .....(4) 이기 때문에 (1),(2),(3),(4)식을 만족시키는 조건으로 Qe=Qt=Q 값이 자연히 결정됨

(4) 유속이 빨라지고 Nusselt No (=h*D/k=Function of Re, Pr).....(5)가 늘어나면  개별전열계수 h값이 커지게 됨, 이 때는 Q값이 늘어나지만 반대로 유속이느려지고 점도가 늘어나면 Q값이 줄어듦.

(5) U값의 결정
U= {(1/hi)+(1/ho)+(x/km) +고온,저온측 Fouling 저항)}^(-1)....(6)  <---hi, ho는 전열Tube inside, outside의 대류전열계수인데 (1)항(5)에서 설명한 바와 같이 운전조건이 달라지면 hi, ho 값들에 의해 U값이 변화됨.

결론적으로...  변경전조건에서의  U1*A*LMTD1 변경후 조건에서의 U2*A*LMTD2 를 비교해 봐야 판단이 가능한데 그리하려면 수식(1)~(6)식을 모두 계산해 봐야 검증이 가능합니다.