समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर: 23 महत्वपूर्ण तथ्य

कंटेंट

समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर क्या है?

एक प्रत्यक्ष हस्तांतरण प्रकार का हीट एक्सचेंजर जिसमें गर्म तरल और ठंडा तरल दोनों एक ही दिशा में प्रवाहित होते हैं ताकि परिवेश से किसी भी ऊर्जा के हस्तांतरण के बिना उनके बीच गर्मी ऊर्जा का आदान-प्रदान किया जा सके। 

समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर सिद्धांत

हीट एक्सचेंजर को एक स्थिर प्रवाह के रूप में परिभाषित किया गया है स्थिरोष्म खुली प्रणाली। दोनों द्रवों का प्रवाह (गर्म द्रव और ठंडा द्रव) एक ही दिशा में होता है, जिसके बीच ऊष्मा का आदान-प्रदान होता है। इसे डायरेक्ट ट्रांसफर टाइप हीट एक्सचेंजर के रूप में वर्गीकृत किया गया है जिसमें तरल पदार्थों का उनके बीच कोई शारीरिक संपर्क नहीं होता है। गर्म और ठंडे दोनों तरल पदार्थों का दबाव स्थिर रहता है।

गर्म द्रव की एन्थैल्पी हानि, ठंडे द्रव द्वारा एन्थैल्पी लाभ के बराबर होती है। प्रवाह की दिशा में गर्म द्रव और ठंडे द्रव के बीच तापमान की भिन्नता हमेशा कम होती जाती है।

कहा पे,

T_{एच, इन}: इनलेट गर्म द्रव का तापमान

T_{एच, आउट}: आउटलेट ठंडा द्रव का तापमान 

T_{सी, इन}: इनलेट ठंडे द्रव का तापमान Temperature

T_{सी, बाहर}: आउटलेट गर्म द्रव का तापमान Temperature

समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर के लाभ

दबाव का नुकसान बहुत कम है

यह निर्माण में सरल और निर्माण में सस्ता है।

समानांतर प्रवाह प्लेट हीट एक्सचेंजर

प्लेटों के एक समूह को एक के ऊपर एक व्यवस्थित तरीके से रखा जाता है ताकि उनके बीच ऊष्मा ऊर्जा का आदान-प्रदान करने के लिए द्रव प्रवाह के लिए चैनलों की एक श्रृंखला का निर्माण किया जा सके। प्लेटों द्वारा सतह क्षेत्र में वृद्धि दो तरल पदार्थों के बीच अधिक गर्मी हस्तांतरण की अनुमति देती है।

समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर बनाम काउंटर फ्लो हीट एक्सचेंजर

प्रवाह की दिशा के संबंध में गर्म द्रव और ठंडे तरल पदार्थ के बीच तापमान की भिन्नता समानांतर प्रवाह ताप विनिमायक में अधिक स्पष्ट होती है। समानांतर प्रवाह प्रकार के हीट एक्सचेंजर की एन्ट्रापी काउंटर प्रकार के हीट एक्सचेंजर की तुलना में अधिक होती है। काउंटर फ्लो हीट एक्सचेंजर समानांतर फ्लो हीट एक्सचेंजर की तुलना में अधिक कुशल है। इसलिए दोनों मामलों में आवश्यक समान ताप अंतरण दर के लिए, काउंटर फ्लो हीट एक्सचेंजर समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर की तुलना में कम गर्मी हस्तांतरण क्षेत्र या आकार में अधिक कॉम्पैक्ट रखता है।

समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर की प्रभावशीलता क्या है?

'एक हीट एक्सचेंजर की प्रभावशीलता (ϵ) को वास्तविक गर्मी हस्तांतरण के अधिकतम संभव गर्मी हस्तांतरण के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है।'

वास्तविक गर्मी हस्तांतरण (क्यू) = एम_h*C_ph*(टी_h1 - टी_h2) 

= एम_c*C_pc*( टी_c2 - टी_c1)

अधिकतम संभव गर्मी हस्तांतरण (क्यू .)_{मैक्स}) = सी_h(T_h1 - टी_c1)

समानांतर प्रवाह और काउंटर फ्लो हीट एक्सचेंजर प्रयोग

उद्देश्य: समानांतर प्रवाह और काउंटरफ्लो में हीट एक्सचेंजर की प्रभावशीलता का निर्धारण करना।

प्रयोग सेटअप में निम्नलिखित घटक होते हैं,

• हीटर
• पंप
• गर्म पानी का इनलेट और आउटलेट
• ठंडा पानी इनलेट और आउटलेट
• तापमान संवेदक
• प्रवाह नियामक

प्रक्रिया:

सबसे पहले, हमें परीक्षण उपकरण चालू करना होगा, फिर हीटर चालू करना होगा और वॉटर हीटर का तापमान सेट करना होगा। हमें पानी के तापमान के निर्धारित बिंदु तक बढ़ने का इंतजार करना होगा। गर्म और ठंडे पानी दोनों के लिए पंप चालू करें। प्रवाह नियामक घुंडी का उपयोग करके गर्म और ठंडे पानी दोनों की द्रव्यमान प्रवाह दर निर्धारित करें। इनलेट और एक्जिट पर सभी तापमान दर्ज किए जाते हैं। सबसे पहले, हीट एक्सचेंजर को समानांतर विन्यास में सेट करें और रीडिंग नोट करें।

गर्म द्रव की विशिष्ट क्षमता: _________

ठंडे द्रव की विशिष्ट क्षमता: _________

1. गर्म द्रव की समायोजित द्रव्यमान प्रवाह दर (एम .)_h) अभिलेखित हैं
2. ठंडे तरल पदार्थ की समायोजित द्रव्यमान प्रवाह दर (एम)_c) अभिलेखित हैं
3. इनलेट अस्थायी सेट करें। गर्म तरल पदार्थ दर्ज किए जाते हैं (T_h1)
4. आउटलेट अस्थायी। गर्म तरल पदार्थ दर्ज किए जाते हैं (T_h2)
5. इनलेट अस्थायी। ठंडे तरल पदार्थ दर्ज किए जाते हैं (T_c1)
6. आउटलेट अस्थायी। ठंडे तरल पदार्थ दर्ज किए जाते हैं (T_c2)

समानांतर प्रवाह ताप विनिमायक का अनुप्रयोग

फर्नेस एयर प्रीहीट के लिए उपयोग किया जाता है, जो ताजी ठंडी हवा और फर्नेस एफ्लुएंट ग्रिप गैसों के बीच गर्मी का आदान-प्रदान करता है।

जहाज पर शेल और ट्यूब प्रकार के हीट एक्सचेंजर में समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर का उपयोग किया जाता है।

एक पतली दीवार वाली डबल पाइप समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर

वह व्यवस्था जिसमें एक द्रव एक पाइप के अंदर बहता है और दूसरा द्रव पहले पाइप की बाहरी सतह और दूसरे पाइप की आंतरिक सतह के बीच बहता है जो पहले पाइप को घेरता है। ये पाइप संकेंद्रित प्रकृति के होते हैं। 

काउंटर और समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर

काउंटर और पैरेलल फ्लो हीट एक्सचेंजर दोनों ही डायरेक्ट ट्रांसफर टाइप हीट एक्सचेंजर हैं।

काउंटर टाइपर हीट एक्सचेंजर के मामले में गर्म और बंद तरल पदार्थ की प्रवाह दिशा एक दूसरे के विपरीत होती है जबकि समानांतर प्रवाह के मामले में गर्म और ठंडे तरल पदार्थ की दिशा समान होती है।

समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर की तुलना में काउंटर फ्लो के मामले में लॉग मीन टेम्परेचर डिफरेंस (LMTD) अधिक होता है और इसलिए समान ऊर्जा हस्तांतरण के लिए काउंटर फ्लो हीट एक्सचेंजर आकार में छोटे होते हैं।

समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर गणना

जब गर्म और ठंडे दोनों तरल एक ही तरफ से हीट एक्सचेंजर में प्रवेश करते हैं, एक समानांतर दिशा में प्रवाहित होते हैं और एक ही तरफ से बाहर निकलते हैं तो इसे समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर के रूप में जाना जाता है।

उद्देश्य समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर में गर्म और ठंडे तरल पदार्थों के बीच कुल गर्मी हस्तांतरण दर (क्यू) की गणना करना है।

कहा पे,

T_hi गर्म द्रव का इनलेट तापमान है

T_he गर्म द्रव का निकास तापमान है

T_ci ठंडे द्रव का इनलेट तापमान है

T_ce ठंडे द्रव का निकास तापमान है 

टी_i = इनलेट तापमान अंतर

     = थी - Tci

टी_e = बाहर निकलें तापमान अंतर

     = द - टीसी

क्यू = यू एक्स ए एक्स T_m

कहा पे,

यू = कुल मिलाकर गर्मी हस्तांतरण गुणांक

ए = हीट एक्सचेंजर का कुल गर्मी हस्तांतरण क्षेत्र

टी_m= औसत तापमान अंतर लॉग करें

डबल पाइप समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर

इसका एक सरल निर्माण है जिसमें एक पाइप को दूसरे में एकाग्र रूप से डाला जाता है। गर्म द्रव और ठंडा द्रव एक ही तरफ से हीट एक्सचेंजर में प्रवेश करता है और एक ही दिशा में प्रवाहित होकर उनके बीच एन्थैल्पी का आदान-प्रदान करता है।

समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर के मामले में अधिकतम प्रभावशीलता का मूल्य क्या है।

'एक हीट एक्सचेंजर की प्रभावशीलता को गर्म और ठंडे तरल पदार्थ के बीच होने वाली वास्तविक गर्मी हस्तांतरण दर और उनके बीच अधिकतम संभव गर्मी हस्तांतरण दर के बीच के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है।'

समानांतर प्रवाह में अधिकतम प्रभावशीलता का मान 50% हो सकता है।

समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर व्युत्पत्ति

समानांतर प्रवाह ताप विनिमायक के माध्य तापमान अंतर (MTD) और कुल ऊष्मा अंतरण दर (Q) के लिए एक समीकरण प्राप्त करना।

लंबाई x के हीट एक्सचेंजर के अंतर गर्मी हस्तांतरण क्षेत्र ΔA पर विचार करें, जिसके माध्यम से गर्म और ठंडे तरल पदार्थों के बीच अंतर गर्मी हस्तांतरण दर dq है।

फिर, डीक्यू = यू एक्स टी एक्स डीए

जहां डीए = बी * डीएक्स, और ΔT = टी_h - टी_c = एफ (एक्स)

सीमा की स्थिति,

x = 0 (अर्थात प्रवेश) पर T = Ti = थी - Tci

x = L पर (अर्थात निकास) T = Te = The – Tce

इसके अलावा,

डीक्यू = -एम_h*c_ph*डीटी

   = + एम_c*c_pc*डीटी

टी = टी_h - टी_c

डी (Δ टी) = डीटी_h - डीटी_c

डी (ΔT) = -dq [(1/एम_h*c_ph) + (1/मी_c*c_pc)]

डीक्यू = यू*(डीए)*Δटी 

    = यू*Δटी*(बीडीएक्स)

dq = -U*(dA)*ΔT*[(1/m_h*c_ph) + (1/मी_c*c_pc)]

चर को अलग करके दोनों पक्षों को एकीकृत करना

समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर आरेख

समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर समीकरण equation

कुल ऊष्मा विनिमय के लिए समीकरण

कहा पे,

यू = कुल मिलाकर गर्मी हस्तांतरण गुणांक

ए = हीट एक्सचेंजर का कुल गर्मी हस्तांतरण क्षेत्र

m = लॉग माध्य तापमान अंतर

लॉग माध्य अस्थायी अंतर के लिए समीकरण।

कहा पे,

थी गर्म द्रव का इनलेट तापमान

गर्म द्रव का निकास तापमान है is

Tci ठंडे तरल पदार्थ का इनलेट तापमान है

Tce ठंडे तरल पदार्थ का निकास तापमान है 

Ti = इनलेट तापमान अंतर

     = थी - Tci

Te = तापमान अंतर से बाहर निकलें

     = द - टीसी

समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर उदाहरण

खोल और ट्यूब

डबल पाइप

प्लेट प्रकार

समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर ग्राफ

समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर के फायदे और नुकसान

लाभ:

यह निर्माण में सरल और निर्माण में सस्ता है।

त्वरित फ़ेच

कम दबाव का नुकसान

हानि:

कम प्रभावशीलता

एक ही गर्मी हस्तांतरण के लिए आकार बड़ा है

समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर्स की विशेषताओं की पहचान करें।

समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर को प्रत्यक्ष प्रवाह प्रकार के हीट एक्सचेंजर की विशेषता होती है जिसमें ऊर्जा हस्तांतरण के दौरान गर्म और ठंडे तरल दोनों के लिए प्रवाह की दिशा समान होती है।

समानांतर प्रवाह ताप विनिमायक के लिए एलएमटीडी समीकरण

यह वह पैरामीटर है जो गर्म द्रव प्रवाह की दिशा के संबंध में T (इनलेट साइड और हीट एक्सचेंजर के निकास पक्ष का तापमान अंतर) की भिन्नता को इनलेट से बाहर निकलने के लिए हीट एक्सचेंजर की लंबाई के साथ औसत से लेता है।

लॉग मीन टेम्परेचर डिफरेंस (LMTD) इनलेट टेम्परेचर के अंतर और एग्जिट टेम्परेचर में डिफरेंस डिफरेंस का अनुपात है, इनलेट टेम्परेचर के डिफरेंस और एग्जिट टेम्परेचर के डिफरेंस के अनुपात का लॉग।

कहा पे,

थी गर्म द्रव का इनलेट तापमान

गर्म द्रव का निकास तापमान है is

Tci ठंडे तरल पदार्थ का इनलेट तापमान है

Tce ठंडे तरल पदार्थ का निकास तापमान है 

Ti = इनलेट तापमान अंतर

    = थी - Tci

Te = तापमान अंतर से बाहर निकलें

    = द - टीसी

समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर का अनुकूलन

शेल और ट्यूब प्रकार के समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर को एक नए प्रकार के एंटी-वाइब्रेशन क्लैम्पिंग बैफल द्वारा अनुकूलित किया जा सकता है। बफ़ल दूरी और बाफ़ल चौड़ाई जैसे ज्यामितीय पैरामीटर भी इसके प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं। प्रवाह का प्रकार हीट एक्सचेंजर के अनुकूलन के लिए विचार किया जाने वाला एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है।

समानांतर प्रवाह ताप विनिमय के मामले में तापमान प्रवणता को परिभाषित करें

हीट एक्सचेंजर के इनलेट साइड और एग्जिट साइड में तापमान अंतर के बीच तापमान के अंतर को तापमान ढाल के रूप में जाना जाता है। समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर के मामले में, यह एक समान नहीं है और प्रवाह की दिशा में धीरे-धीरे कम हो जाता है।

हमें किस स्थिति में समानांतर प्रवाह ताप विनिमायक का उपयोग करना चाहिए?

समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर के मामले में ठंडे तरल पदार्थ के बाहर निकलने के तापमान की सीमा गर्म तरल पदार्थ का निकास तापमान है। इसलिए, इसका मुख्य रूप से उपयोग किया जाता है जहां गर्मी के हस्तांतरण को सीमित करने की सिफारिश की जाती है।

संख्यात्मक प्रश्न:

Que: ४६ ℃ पर गर्म पानी हीट एक्सचेंजर में प्रवेश करता है, जो १० ℃ में प्रवेश करने वाले पानी की थैलीपी को बढ़ाता है और ३८ ℃ पर हीट एक्सचेंजर से बाहर आता है। गर्म द्रव का द्रव्यमान प्रवाह दर 46 l/s है, और ठंडे द्रव की द्रव्यमान प्रवाह दर 10 l/s है। यदि गर्मी हस्तांतरण के दौरान कोई गर्मी का नुकसान नहीं होता है, तो बाहर निकलने पर गर्म तरल का तापमान क्या होता है?

हल: गर्म द्रव (T1) का इनलेट तापमान दिया गया = 46℃

     ठंडे तरल पदार्थ (T3) के इनलेट तापमान को देखते हुए = 10℃ 

     ठंडे तरल पदार्थ (T4) के निकास तापमान को देखते हुए = 38℃

     गर्म द्रव (T2) का निकास तापमान ज्ञात करने के लिए = X

     पानी का घनत्व () = 1000 किग्रा/घनमीटरm

     सामूहिक प्रवाह की दर गर्म द्रव का (mh)= 25 l/s

     ठंडे द्रव का द्रव्यमान प्रवाह दर (mc) = 19 l/s

     पानी की ऊष्मा क्षमता (c) = 4186 J/kg-K

गर्म पानी से खोई हुई गर्मी उतनी ही होती है जितनी कि ठंडे तरल पदार्थ से प्राप्त गर्मी।

एमएच * सी * (टी 1-टी 2) = एमसी * सी * (टी 3 - टी 4)

25 (46 - टी 2) = 19 (38 - 10)

टी 2 = 24.72 ℃

गर्म पानी का निकास तापमान 24.72 ℃ है

सामान्य प्रश्न / लघु नोट्स

समानांतर प्रवाह ताप विनिमायक कहाँ उपयोग किया जाता है

समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर मुख्य रूप से उपयोग किया जाता है जहां गर्मी के सीमित हस्तांतरण की सिफारिश की जाती है। ठंडे तरल पदार्थ के निकास तापमान की सीमा समानांतर प्रवाह ताप विनिमायक के मामले में गर्म तरल पदार्थ का निकास तापमान है।

क्रॉसफ्लो बनाम समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर

दोनों मामलों में आवश्यक समान ताप अंतरण दर के लिए, काउंटर फ्लो हीट एक्सचेंजर समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर की तुलना में कम गर्मी हस्तांतरण क्षेत्र या आकार में अधिक कॉम्पैक्ट रखता है।

जब पानी गर्म किया जाता है और तेल को हीट एक्सचेंजर में ठंडा किया जाता है। क्या यह एक प्रतिप्रवाह पथ या समानांतर प्रवाह पथ का अनुसरण करेगा?

दोनों हीट एक्सचेंजर का प्रकार इस्तेमाल किया जा सकता है, लेकिन काउंटर फ्लो टाइप हीट एक्सचेंजर समानांतर फ्लो टाइप हीट एक्सचेंजर की तुलना में कम जगह घेरेगा।

टेकीसाइंस कोर एसएमई

टेकीसाइंस कोर एसएमई टीम भौतिकी, रसायन विज्ञान, प्रौद्योगिकी, इलेक्ट्रॉनिक्स और इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग, ऑटोमोटिव, मैकेनिकल इंजीनियरिंग सहित विभिन्न वैज्ञानिक और तकनीकी क्षेत्रों के अनुभवी विषय विशेषज्ञों का एक समूह है। हमारी टीम TechieScience.com वेबसाइट के लिए विज्ञान और प्रौद्योगिकी विषयों की एक विस्तृत श्रृंखला पर उच्च-गुणवत्ता, अच्छी तरह से शोधित लेख बनाने के लिए सहयोग करती है।

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