Massastroomsnelheid en temperatuur: effect, relatie, probleemvoorbeelden

Dit artikel bespreekt de relatie tussen massastroom en temperatuur. Voor onsamendrukbare vloeistoffen gaan volumesnelheid en massastroomsnelheid naast elkaar.

We zullen de discussie beperken door het systeem en de wetenschap die daar plaatsvindt te definiëren. We zullen een systeem overwegen waarbij warmteoverdracht plaatsvindt, laten we zeggen water dat in een pijp stroomt. De hele discussie in dit artikel zal rond dit systeem draaien.

Wat is warmteoverdracht?

Warmteoverdrachtr is in eenvoudige bewoordingen de overdracht van energie (of entropie) van het ene punt naar het andere. Het wordt gemeten door de temperatuurverandering die plaatsvindt tussen de eenheidslengte van het systeem.

We kunnen zeggen dat warmteoverdracht recht evenredig is met de temperatuurverandering en omgekeerd evenredig met de lengte van het systeem. Wiskundig kan warmteoverdracht worden gegeven door-

Wat zijn verschillende modi/types van warmteoverdracht?

Warmteoverdracht van de ene stof naar de andere kan op vele manieren plaatsvinden. Soms heeft het een medium nodig voor overdracht en soms niet.

Laten we eens kijken wat er anders is soorten warmte overdracht-

• Geleiding- Warmte wordt overgedragen tussen twee punten wanneer de moleculen ertussen met elkaar in botsing komen. De trillingsenergie van de atomen wordt overgedragen van het ene atoom/molecuul naar het andere. Zo verspreidt de warmte zich. Dit houdt in dat voor warmteoverdracht door geleiding een medium nodig is.
• Convectie– De warmte wordt overgedragen door de beweging van vloeistof. Deze vloeistof kan lucht of water zijn.
• Straling- De warmteoverdracht kan plaatsvinden in afwezigheid van een medium. Stralingswarmteoverdracht vindt plaats in de vorm van: electromagnetisch golven.

Massastroomsnelheid en temperatuurrelatie

Laten we eens kijken naar water dat door een pijp stroomt. Omdat water een onsamendrukbare vloeistof is, betekent dit dat: volumestroom en massastroomsnelheid zijn proportioneel.

Laten we twee gevallen bekijken-

• Lage massa debiet/volumetrisch debiet: Het volumetrische debiet van het water is laag, wat betekent dat het volume / de massa van het water dat per seconde door het leidinggedeelte stroomt minder is, waardoor de watermoleculen sneller worden opgewarmd.
• Hoge massastroom/volumestroom: Als het aantal watermoleculen dat door een punt stroomt groter is, duurt het langer om ze op te warmen. Daarom kunnen we zeggen dat het temperatuurverschil in dit geval kleiner zal zijn.

Massastroomsnelheid en temperatuurvergelijking

Zoals we hierboven hebben besproken, is het temperatuurverschil in het systeem omgekeerd evenredig met de massastroom in het systeem. Dat wil zeggen, zoals massadebiet neemt toe, neemt het temperatuurverschil af.

De relatie tussen massastroomsnelheid en temperatuurverschil wordt hieronder gegeven-

Voor dezelfde waarde van warmteoverdracht we kunnen zeggen dat het temperatuurverschil omgekeerd evenredig is met de massastroomsnelheid.

Hoe beïnvloedt temperatuur de massastroom?

De temperatuur verhoogt de snelheid van de stromende moleculen, vandaar dat de kinetische energie van de vloeistof toeneemt met de temperatuurstijging.

Hoe de druk te berekenen uit de massastroom?

Hagen Pouisuille-wetsvergelijking zegt dat: druk is recht evenredig met de stroom rate.

Q is de stroomsnelheid en het is de snelheid van verandering van het volume. Voor vloeistoffen waarvan de dichtheid constant is, dat wil zeggen onsamendrukbare vloeistoffen, is het massadebiet recht evenredig met het volumedebiet. Daarom kunnen we zeggen dat de druk toeneemt met de massastroom.

De Hagen Pouisueille-vergelijking wordt hieronder gegeven-

waar,

mu is de dynamische viscositeit

Q is het debiet in liters per seconde

Wat is een warmtewisselaar?

Zoals de naam al doet vermoeden, warmtewisselaars is een apparaat dat wordt gebruikt voor het uitwisselen van warmte tussen twee stoffen. Het kan worden gebruikt om de andere stof te koelen of te verwarmen door een werkstof te gebruiken.

Verdamper en condensors zijn ook soorten warmte uitwisselaars. Condensor en verdampers worden in de onderstaande paragrafen besproken. Warmtewisselaars vinden hun toepassing in koelsystemen, energiecentrales, airconditioningsystemen enz.

Soorten warmtewisselaars

Op basis van de richting van koude vloeistof en warme vloeistof kunnen de warmtewisselaars in drie typen worden ingedeeld. Ze worden hieronder gegeven-

• Parallelle stroom warmtewisselaar- In dit type warmtewisselaar, zowel de koude als de warme vloeistof stromen in dezelfde richting.
• Tegenstroom warmtewisselaar– In dit type warmtewisselaar bewegen zowel warme als koude vloeistoffen in tegengestelde richting van elkaar.
• Kruisstroom warmtewisselaar– In dit type warmtewisselaar bewegen warme en koude vloeistoffen loodrecht op elkaar.

Verschillende toepassingen vereisen verschillende soorten stroomrichtingen tussen de warme en koude vloeistoffen. Het leidende principe is hetzelfde in alle drie de typen.

Wat is een verdamper?

Een verdamper is een type warmtewisselaar dat wordt gebruikt om de vloeibare fase van een stof om te zetten in zijn gasvorm. Water wordt bijvoorbeeld omgezet in damp. Het gehele faseveranderingsproces vindt plaats zonder temperatuurverandering.

De warmte die wordt overgedragen van de hete vloeistof is gelijk aan de warmte die wordt opgenomen door de koudere vloeistof. Verdamper wordt gebruikt in koelsystemen om de warmte te verwijderen van het voedsel en de dranken die in de koelkast worden bewaard.

Wat is condensor?

Een condensor is een type warmtewisselaar die wordt gebruikt voor het omzetten van een gasvormige fase van een stof naar de vloeibare fase van die stof. Bijvoorbeeld damp die terug naar vloeibare vorm wordt omgezet. Het gehele faseveranderingsproces vindt plaats zonder temperatuurverandering.

De warmte die wordt overgedragen aan de koude vloeistof is gelijk aan de warmte die wordt geabsorbeerd door de warmere vloeistof. Condensors worden gebruikt in energiecentrales waar de uitlaat stoom uit de turbine wordt omgezet in vloeistof

Wat is LMTD?

LMTD, ook bekend als logaritmisch gemiddeld temperatuurverschil, is een term die wordt gebruikt in warmtewisselaars. Het is het logaritmische gemiddelde van temperaturen van koude vloeistof en warme vloeistof.

LMTD wordt gebruikt voor het vinden van de overall warmteoverdracht binnen het systeem plaatsvinden. Het houdt rekening met begin- en eindtemperaturen van zowel hete vloeistof als koude vloeistof. De formule voor LMTD wordt hieronder gegeven-

Waar,

Delta T1 is het temperatuurverschil tussen de begintemperaturen van zowel warme als koude vloeistoffen.

Delta T2 is het temperatuurverschil tussen de eindtemperaturen van zowel warme als koude vloeistoffen.