कुल मिलाकर हीट ट्रांसफर गुणांक: 11 महत्वपूर्ण तथ्य

समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक क्या है?

उद्योग में, गर्मी हस्तांतरण समस्याओं को आमतौर पर मिश्रित सामग्री या विभिन्न परतों वाली प्रणालियों के लिए हल किया जाता है जिसमें गर्मी हस्तांतरण के विभिन्न तरीके जैसे चालन, संवहन और विकिरण शामिल होते हैं। एक प्रणाली में विभिन्न परतों द्वारा पेश किए जाने वाले थर्मल प्रतिरोध को समग्र हीट ट्रांसफर गुणांक के रूप में जाना जाता है। इसे यू-फैक्टर के नाम से भी जाना जाता है।

यू-कारक जो समग्र गर्मी हस्तांतरण की गणना में उपयोग किया जाता है, न्यूटन के शीतलन के नियम में प्रयुक्त संवहन गर्मी हस्तांतरण गुणांक के अनुरूप होता है। समग्र ऊष्मा अंतरण गुणांक वस्तु या सतह की ज्यामिति पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, एक दीवार में, हम गर्मी हस्तांतरण के विभिन्न तरीकों का निरीक्षण कर सकते हैं, दीवार की बाहरी सतह संवहन गर्मी हस्तांतरण का अनुभव करती है जबकि दीवारों के बीच की जगह गर्मी हस्तांतरण के प्रवाहकत्त्व मोड से गुजरती है।

दीवार के समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक को संवहनी गर्मी हस्तांतरण गुणांक और प्रवाहकीय गर्मी हस्तांतरण गुणांक के योग के रूप में लिया जाता है। संक्षेप में, समग्र ऊष्मा अंतरण गुणांक व्यक्तिगत ऊष्मा अंतरण गुणांक का योग है। समग्र ऊष्मा अंतरण गुणांक की व्युत्पत्ति और समग्र ऊष्मा अंतरण समस्याओं के लिए इसका उपयोग करने पर आगे की व्याख्या नीचे दी गई है।

समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक का महत्व S

औद्योगिक अनुप्रयोगों में, समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक को जानना आवश्यक है, खासकर उन मामलों में जहां किसी सिस्टम के बेहतर प्रदर्शन के लिए गर्मी हस्तांतरण दर को अनुकूलित करने की आवश्यकता होती है। विभिन्न तरल पदार्थ या विभिन्न परतों के साथ किसी भी प्रणाली के लिए गर्मी हस्तांतरण दर क्यू (डॉट) की गणना करने के लिए, समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक जानना आवश्यक है।

समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक के मूल्य और गर्मी हस्तांतरण की दर से, व्यक्तिगत गर्मी हस्तांतरण गुणांक की गणना करना संभव है। यह आवश्यकताओं के अनुसार बेहतर प्रदर्शन के लिए थर्मल सिस्टम के एक विशेष हिस्से को संशोधित करने में मदद करेगा।

स्थिर-अवस्था की स्थितियों के तहत, एक वृद्धिशील क्षेत्र dA पर थोक तापमान T1 से थोक तापमान T2 पर एक तरल पदार्थ से गर्मी हस्तांतरण की दर गर्मी हस्तांतरण dQ (डॉट) की दर से दी जाती है, अर्थात

डीक्यू (डॉट) = यू * (टी₂ - टी₁)*ए

यहाँ समग्र ऊष्मा अंतरण गुणांक U अक्षर द्वारा दर्शाया गया है।

समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक के लिए सूत्र | समग्र हीट ट्रांसफर गुणांक कैसे खोजें | समग्र ताप अंतरण गुणांक सूत्र | समग्र ताप अंतरण गुणांक की गणना कैसे करें | समग्र ऊष्मा अंतरण गुणांक व्युत्पत्ति

समग्र ऊष्मा अंतरण गुणांक का सूत्र किसके द्वारा दिया गया है

क्यूडॉट = यू*(टी₁ + टी₂)*ए

दीवार के लिए समग्र ऊष्मा अंतरण गुणांक की व्युत्पत्ति नीचे दी गई है

एक समग्र दीवार पर विचार करें जो तापमान T1 पर बाहरी वातावरण के संपर्क में है, और चालन गुणांक H . के रूप में नोट किया गया है₁. कमरे के अंदर परिवेश का तापमान T2 है और संवहन गुणांक H . है₂. यहां गर्मी हस्तांतरण चालन और संवहन का उपयोग कर रहा है। दीवार के दोनों ओर विभिन्न परिमाणों में संवहन का उपयोग करके गर्मी हस्तांतरण का अनुभव होता है।

दीवार के अंदर का तापमान भिन्न होता है और दीवार के भीतर से गर्मी उत्पन्न करने का कोई स्रोत नहीं होने पर टी 1 और टी 2 के बीच का मान होता है। इस मामले में दीवार का चालन गुणांक K लिया जाता है जब तक कि दीवार अलग-अलग परतों से बनी न हो जो कि सामान्य मामला है। वास्तविक जीवन परिदृश्य में, दीवार विभिन्न परतों जैसे पलस्तर, ईंटों, सीमेंट आदि से बनी होती है। ऐसे मामलों में, दीवार की प्रत्येक परत द्वारा पेश किए गए थर्मल प्रतिरोध को ध्यान में रखना आवश्यक है।

उपरोक्त प्रणाली के लिए समग्र ताप अंतरण गुणांक नीचे दिया गया है:

और गर्मी हस्तांतरण की दर क्यू (डॉट) = UAΔT

यह स्पष्ट है कि यू थर्मोफिजिकल गुण नहीं है और प्रवाह, वेग और उस सामग्री पर भी निर्भर करता है जिसके माध्यम से गर्मी हस्तांतरण होता है।

दूषण के साथ समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक CO

दूषण एक सामान्य समस्या है जिसका सामना ताप विनिमायकों में होता है। यह एक अतिरिक्त परत है जो हीट एक्सचेंजर की आंतरिक सतह पर बनती है। हीट एक्सचेंजर्स की सतहों के खराब होने में कई कारक योगदान करते हैं। गर्मी हस्तांतरण की दर दूषण के कारण कम हो जाती है जो बदले में गर्मी हस्तांतरण दक्षता को प्रभावित करती है।

गर्मी हस्तांतरण दक्षता में कमी को दूषण कारक का उपयोग करके गणना में शामिल किया गया है। इसे अक्सर गंदगी कारक के रूप में जाना जाता है। दूषण कारक ताप विनिमायक के दोनों ओर द्रव पर निर्भर होता है।

दूषण के साथ समग्र ऊष्मा अंतरण गुणांक द्वारा दिया जाता है

उपरोक्त समीकरण में,

यू समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक का प्रतिनिधित्व करता है

h₀ खोल की तरफ गर्मी हस्तांतरण गुणांक है

h_i ट्यूब की तरफ गर्मी हस्तांतरण गुणांक है

R_do खोल पक्ष पर दूषण कारक है

R_di ट्यूब की तरफ दूषण कारक है

OD ट्यूब का बाहरी व्यास है

आईडी ट्यूब का भीतरी व्यास है

A₀ ट्यूब का बाहरी क्षेत्र है

A_i ट्यूब का आंतरिक क्षेत्र है

K_w ट्यूब की दीवार द्वारा प्रस्तुत प्रतिरोध का मूल्य है

समीकरण से, यह स्पष्ट है कि दूषण कारक (यानी, ट्यूब साइड या शेल साइड) के या तो या दोनों मूल्यों में वृद्धि के साथ समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक का मूल्य घटता है। समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक में यह कमी बदले में गर्मी हस्तांतरण की दर को कम करेगी।

समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक इकाइयाँ | समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक इकाई रूपांतरण | समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक रूपांतरण

समग्र ऊष्मा अंतरण गुणांक की SI इकाई W/m . है² K. एक अन्य इकाई जिसका उपयोग समग्र ऊष्मा अंतरण गुणांक को निरूपित करने के लिए किया जाता है वह है Btu/(hr.ft .) ^{2 0} एफ)।

एसआई इकाई से अंग्रेजी इकाइयों में इकाई रूपांतरण इस प्रकार है:

1 डब्ल्यू / मी² K = = ०.१७६१ बीटीयू/(hr.ft ^{2 0} एफ)।)

समग्र ताप अंतरण गुणांक पर प्रवाह दर का प्रभाव | समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक बनाम प्रवाह दर

प्रवाह दर का समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक पर प्रभाव पड़ता है। यह ध्यान दिया जाता है कि जब द्रव्यमान प्रवाह दर तीन गुना बढ़ जाती है तो गर्मी हस्तांतरण गुणांक में 10% की कमी होती है। ऊष्मा अंतरण गुणांक का यह अनुमान डिटस-बोएल्टर सहसंबंध पर आधारित है।

क्षेत्र को स्थिर रखते हुए, यह देखा गया है कि द्रव्यमान प्रवाह दर में वृद्धि से गर्मी हस्तांतरण गुणांक बढ़ता है। गर्मी हस्तांतरण गुणांक में 90% की वृद्धि की उम्मीद को दोगुना करके की जाती है सामूहिक प्रवाह दर. इस वृद्धि के साथ, की अपेक्षित वृद्धि हुई है दबाव जो द्रव्यमान प्रवाह दर के समानुपाती होता है।

उन मामलों के लिए जहां वेग स्थिर है, दबाव ड्रॉप कम हो जाता है और द्रव्यमान प्रवाह दर के विपरीत आनुपातिक होता है। उच्च ताप हस्तांतरण गुणांक से प्राप्त होने वाले सकारात्मक पहलू क्षेत्र को स्थिर रखने पर बढ़ते दबाव में गिरावट के कारण खो जाते हैं।

हीट ट्रांसफर टेबल का समग्र गुणांक

नीचे दी गई तालिका उद्योग में अक्सर उपयोग किए जाने वाले कुछ उपकरणों के लिए समग्र ताप हस्तांतरण गुणांक प्रदान करती है। सीमा प्रदान की जाती है क्योंकि समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक उपकरण में उपयोग किए जाने वाले द्रव पर निर्भर होता है। गैसों के लिए, ऊष्मा अंतरण गुणांक का मान बहुत कम होता है और द्रवों का मान बहुत अधिक होता है।

औसत समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक

गर्मी हस्तांतरण समस्याओं में जिसमें दो अलग-अलग तरल पदार्थ होते हैं जो दो अलग-अलग तापमानों पर पानी और अल्कोहल हो सकते हैं, ऐसे मामलों में दो तरल पदार्थों के तापमान का औसत गर्मी हस्तांतरण समस्या को हल करने के लिए उपयोग किया जाता है जिसे औसत समग्र गर्मी हस्तांतरण कहा जाता है गुणांक।

आइए Q को सतह के माध्यम से औसत तापमान T . पर बहने वाली गर्मी के रूप में लें_औसत, और जिस क्षेत्र में गर्मी हस्तांतरण होता है उसे ए लिया जाता है। इस गर्मी प्रवाह के लिए औसत समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक नीचे दिया गया है

अंदरूनी क्षेत्र के आधार पर समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक CO

हीट एक्सचेंजर्स के लिए, कुल मिलाकर गर्मी का हस्तांतरण गुणांक आंतरिक क्षेत्र या बाहरी क्षेत्र पर आधारित हो सकता है

जब समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक की गणना अंदर के क्षेत्र के आधार पर की जाती है, तो अंदर का संवहन गुणांक 1/h लिया जाता है_i, जबकि इंटरफ़ेस पर चालन गुणांक 1/ln(r .) लिया जाता है₀/r_i)/2πkL और हीट एक्सचेंजर की बाहरी सतह पर संवहन गुणांक 1/h लिया जाता है₀.

इसलिए, आंतरिक क्षेत्र के आधार पर समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक इस प्रकार दिया गया है

जब समग्र ऊष्मा अंतरण गुणांक की गणना बाहरी क्षेत्र के आधार पर की जाती है, तो अंदर का संवहन गुणांक 1/h लिया जाता है_i, जबकि इंटरफ़ेस पर चालन गुणांक 1/ln(r .) लिया जाता है₀/r_i)/2πkL और हीट एक्सचेंजर की बाहरी सतह पर संवहन गुणांक 1/h लिया जाता है₀.

इसलिए, आंतरिक क्षेत्र के आधार पर समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक इस प्रकार दिया गया है

दो-समीकरण के बीच महत्वपूर्ण अंतर क्षेत्र में है, जब समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक आंतरिक क्षेत्र पर आधारित होता है, तो ताप विनिमायक के आंतरिक क्षेत्र का उपयोग समीकरण में किया जाता है। जबकि जब समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक बाहरी क्षेत्र पर आधारित होता है, तो बाहरी क्षेत्र को समीकरण में लिया जाता है।

व्यक्तिगत और समग्र ताप अंतरण गुणांक के बीच अंतर

जब एक मिश्रित सामग्री के माध्यम से गर्मी प्रवाहित होती है, तो सामग्री की विभिन्न परतों द्वारा प्रस्तावित थर्मल प्रतिरोध जो गर्मी चालन या संवहन के कारण हो सकता है, को समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक के रूप में जाना जाता है। समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक व्यक्तिगत गर्मी हस्तांतरण गुणांक का योग है। थर्मल प्रतिरोध एक सर्किट में विद्युत प्रतिरोध के अनुरूप है। यहां गर्मी हस्तांतरण गुणांक श्रृंखला या समानांतर व्यवस्था में सामग्री पर निर्भर है।

समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक से व्यक्तिगत गर्मी हस्तांतरण गुणांक निर्धारित करना बहुत रुचि का है। उदाहरण के लिए, एक हीट एक्सचेंजर के लिए, समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक को प्रयोगात्मक रूप से मापा जा सकता है, इस समग्र गुणांक से, व्यक्तिगत रूप से गर्म और ठंडे तरल पदार्थ द्वारा पेश किए गए थर्मल प्रतिरोध को निकालने की समस्या हल हो जाती है।

समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक समस्याएं

5cm मोटाई की दीवार पर विचार करें जो ईंटों से बनी है जिसमें तापीय चालकता K=20 W/m K है। दीवार की आंतरिक सतह 25 के कमरे के तापमान के संपर्क में है⁰सी जबकि बाहरी सतह 40 . के गर्म वायुमंडलीय तापमान के संपर्क में है⁰C. वायु के संवहन गुणांक 25 . को देखते हुए, समग्र ऊष्मा अंतरण गुणांक क्या है? डब्ल्यू / मी²K?

उपरोक्त समस्या से, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि प्रणाली दीवार के दोनों ओर संवहन और दीवार के भीतर चालन गर्मी हस्तांतरण के संपर्क में है। दीवार की तापीय चालकता 20W/mK दी गई है जबकि हवा का संवहन गुणांक 25 W/m नोट किया गया है²K.

= एक्सएनएनएक्स डब्ल्यू / एम²K

अक्सर पूछे जाने वाले साक्षात्कार प्रश्न और उत्तर

1. समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक समीकरण हीट एक्सचेंजर

2. समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक डबल पाइप | डबल पाइप हीट एक्सचेंजर समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक

1/यू = डी_o/h_i.D_i + डी_o.ln(डी_o/D_i)/2के_t + 1/एच_o+ आर_i.D_o/D_i + आर_o

3. सिलेंडर के लिए समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक सूत्र

एक सिलेंडर के लिए समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक नीचे दिए गए सूत्र द्वारा दिया गया है जो गर्मी हस्तांतरण के चालन और संवहन मोड दोनों का अनुभव करता है

4. बाष्पीकरण के लिए समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक

5. कुल मिलाकर गर्मी हस्तांतरण गुणांक खोल और ट्यूब | शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर के लिए समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक | हीट एक्सचेंजर के लिए समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक की गणना कैसे करें | आप एक बाष्पीकरणकर्ता के समग्र ताप अंतरण गुणांक की गणना कैसे करते हैं?

किसी भी हीट एक्सचेंजर के लिए समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक की गणना नीचे दिए गए समीकरण का उपयोग करके की जा सकती है जिसका उपयोग किया गया तरीका भिन्न हो सकता है। एलएमटीडी विधि भी चुन सकते हैं

6. ग्रेफाइट हीट एक्सचेंजर समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक

हीट एक्सचेंजर्स के लिए समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक जो ग्रेफाइट से ग्रेफाइट में ढाला जाता है, लगभग 1000W/m . है²K जबकि ग्रेफाइट से हवा में कुल ऊष्मा अंतरण गुणांक 12 W/m . देखा गया है²K

7. एल्यूमिनियम समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक

एल्यूमीनियम के लिए समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक 200W/m . के रूप में नोट किया गया है²K

8. वायु से वायु ताप विनिमायक समग्र ताप अंतरण गुणांक

हवा से हवा में गर्मी हस्तांतरण गुणांक का समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक 350 से 500 W/m . के बीच होने का उल्लेख किया गया है²K.

9. समग्र ताप अंतरण गुणांक से ताप विनिमायक का क्षेत्रफल

हीट एक्सचेंजर के क्षेत्र की गणना निम्न सूत्र का उपयोग करके समग्र ताप हस्तांतरण गुणांक से की जा सकती है:

10. किस ऊष्मा विनिमय प्रक्रिया में समग्र ऊष्मा अंतरण गुणांक का मान सबसे अधिक होगा?

ट्यूबलर हीट एक्सचेंजर्स के लिए समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक सबसे अधिक है, जिसका उपयोग वाष्पीकरण के लिए किया जाता है, जिसमें ट्यूब के बाहर भाप बहती है और तरल अंदर बहता है। वे 900 से 3000 W/m . के बीच की सीमा में एक समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक के लिए जाने जाते हैं²K.

11. क्या समग्र ऊष्मा अंतरण गुणांक ऋणात्मक हो सकता है?

ऐसे मामलों में जहां संदर्भ तापमान को रूद्धोष्म दीवार के तापमान के रूप में लिया जाता है, समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक नकारात्मक होगा जो इंगित करता है कि गर्मी प्रवाह एक निश्चित तापमान ढाल के साथ विपरीत दिशा में है।

12. क्या तापमान के साथ समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक बदलता है?

कुल मिलाकर गर्मी हस्तांतरण गुणांक तापमान ढाल पर निर्भर है; इसलिए, तापमान परिवर्तन के परिणामस्वरूप तापमान प्रवणता में परिवर्तन हो सकता है। तो, हाँ, तापमान के साथ समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक बदलता है।

13. समग्र ऊष्मा अंतरण गुणांक और उसका अनुप्रयोग क्या है?

एक प्रणाली में विभिन्न परतों द्वारा पेश किए जाने वाले थर्मल प्रतिरोध को समग्र हीट ट्रांसफर गुणांक के रूप में जाना जाता है। इसे यू-फैक्टर के नाम से भी जाना जाता है। इसका उपयोग सिस्टम की विभिन्न परतों के अलग-अलग गर्मी हस्तांतरण गुणांक निकालने में किया जाता है।

एक प्रणाली के समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक को मापा जा सकता है लेकिन एक प्रणाली के व्यक्तिगत गर्मी हस्तांतरण गुणांक को प्राप्त करना मुश्किल है। ऐसी स्थितियों में, गर्मी हस्तांतरण की दर के साथ समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक व्यक्तिगत गर्मी हस्तांतरण गुणांक निर्धारित करने में मदद करेगा

14. समग्र ताप अंतरण गुणांक को प्रभावित करने वाले कारक कौन से हैं?

समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक को प्रभावित करने वाले कारक द्रव के घनत्व, चिपचिपाहट और तापीय चालकता जैसे थर्मोफिजिकल गुण हैं। इसके अलावा, यह ज्यामिति और उस क्षेत्र से प्रभावित होता है जिसके पार गर्मी हस्तांतरण हो रहा है। द्रवों का वेग समग्र ऊष्मा अंतरण गुणांक को काफी हद तक प्रभावित करता है। हीट एक्सचेंजों में, प्रवाह के प्रकार का समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक पर भी महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।

15. गोल ट्यूबों में समग्र ऊष्मा अंतरण गुणांक क्या है? | समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक पाइप

एक गोल ट्यूब के माध्यम से बहने वाला तरल पदार्थ ट्यूब के बाहर और बाहरी सतह पर बहने वाले तरल पदार्थ के बीच और ट्यूब के अंदर और आंतरिक सतह में बहने वाले तरल पदार्थ के बीच संवहनी गर्मी हस्तांतरण का अनुभव करता है। ट्यूब की बाहरी सतह और भीतरी सतह के बीच कंडक्शन हीट ट्रांसफर होता है। इसलिए समग्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक निम्नानुसार दिया गया है:

(१/यूए) समग्र = (एल/केए) आंतरिक + (1/एचए) + (एल/केए) बाहरी

जहां k ट्यूब की तापीय चालकता है और h संवहन गर्मी हस्तांतरण गुणांक है

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वीणा पार्थन

मैं वीना पार्थन हूं, मैंने थर्मल इंजीनियरिंग में मास्टर डिग्री पूरी की है। मैं यूके सोलर सेक्टर के लिए सोलर ऑपरेशन और मेंटेनेंस इंजीनियर के रूप में काम कर रहा हूं। मेरे पास ऊर्जा और उपयोगिता के क्षेत्र में 5 वर्षों से अधिक का अनुभव है। नवीकरणीय ऊर्जा और उनके अनुकूलन में मेरी गहरी रुचि है। मैंने एआईपी सम्मेलन कार्यवाही में एक लेख प्रकाशित किया है जो कमिंस जेनसेट और इसके प्रवाह अनुकूलन पर आधारित है।
अपने खाली घंटों के दौरान, मैं स्वतंत्र तकनीकी लेखन में संलग्न रहता हूं और लैम्ब्डागीक्स प्लेटफॉर्म पर अपनी विशेषज्ञता प्रदान करना पसंद करूंगा। इसके अलावा, मैं अपना खाली समय पढ़ने, कुछ खेल गतिविधियों में शामिल होने और एक बेहतर इंसान बनने की कोशिश में बिताता हूं।
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