Vad är skillnaden mellan ett designproblem och ett rating (off-design) problem?
Designproblem: Man känner till värmebehov, in- och utloppstemperaturer samt flöden och ska dimensionera värmeväxlaren (yta, typ, layout).
Rating/off-design: Man har en befintlig värmeväxlare med given geometri och ska beräkna prestanda (utloppstemperaturer, värmeflöde) vid ändrade driftförhållanden.
LMTD-metoden används främst för designproblem.
Vilka antaganden görs i den klassiska värmebalansen över en värmeväxlare?
Inga värmeförluster till omgivningen
Stationärt tillstånd
Konstant värmekapacitet 𝑐𝑝
Ingen fasändring
Försumbar förändring i kinetisk och potentiell energi
Då gäller:
𝑄=𝑚,ℎ𝑐𝑝,ℎ(𝑇ℎ,𝑖𝑛−𝑇ℎ,𝑜𝑢𝑡)=𝑚,𝑐𝑐𝑝,𝑐(𝑇𝑐,𝑜𝑢𝑡−𝑇𝑐,𝑖𝑛)
Vad är den maximalt möjliga värmeöverföringen i en värmeväxlare och vad begränsar den?
Den maximalt möjliga värmeöverföringen ges av:
qmax = Cmin(Th,in -Tc,in)
Vad är skillnaden mellan parallellström och motström och varför är motström oftast effektivare?
Parallellström (co-current): Båda fluiderna går in från samma håll → stor ΔT i början men liten i slutet.
Motström (counter-current): Fluiderna går i motsatt riktning → jämnare temperaturdifferens längs hela växlaren.
I vilka fall spelar flödesriktningen ingen roll, och varför?
Vid fasändring (t.ex. kondensation eller kokning).
Då är temperaturen på den fasändrande sidan konstant, vilket gör att temperaturprofilen inte påverkas av flödesriktningen.
Vad är den logaritmiska medeltemperaturskillnaden (LMTD) och varför räcker inte ett aritmetiskt medelvärde?
Temperaturdifferensen mellan fluiderna varierar längs värmeväxlaren.
LMTD är ett energivägt medelvärde som korrekt beskriver denna variation.
Det aritmetiska medelvärdet tar inte hänsyn till den exponentiella temperaturförändringen och ger därför fel värmeflöde.
Hur skiljer sig LMTD-uttrycket mellan parallellström och motström?
Allmänt
ΔTlm = (ΔT1 - ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)
Skillnaden ligger i hur
Δ𝑇1 och ΔT2
definieras:
Parallellström: båda inloppen respektive utloppen
Motström: ena fluidens inlopp mot den andras utlopp
Vad är den övergripande värmeövergångskoefficienten
U, och hur kopplas den till olika värmemotstånd?
U beskriver hela systemets värmeöverföringsförmåga och inkluderar:
Konvektion på varm sida
Konduktion genom vägg
Konvektion på kall sida
Foulingmotstånd
1/UA = Rconv,h + Rcond + Rconv,c + Rfouling
Vad är fouling, hur påverkar den
U, och varför måste den tas med i design?
Fouling är beläggningar som byggs upp på värmeöverförande ytor under drift.
Den:
Ökar det termiska motståndet
Sänker
U över tid
Den måste tas med redan i design för att säkerställa att värmeväxlaren fungerar även efter lång drift.
Varför är LMTD-metoden mindre lämplig för komplexa värmeväxlare?
LMTD-metoden kräver:
Tydligt definierade in- och utloppstemperaturer
Enkla flödesmönster
Vid multipass- eller crossflow-växlare blir detta svårt → då används i stället ε–NTU-metoden, som är mer generell.
