Wie funktioniert ein Wärmetauscher?

Im Mittelpunkt steht einWärmetauscherarbeitet durch Übertragung von Wärmeenergie (Wärme) von einer heißen Flüssigkeit auf eine kalte Flüssigkeit, ohne dass die beiden Flüssigkeiten sich physikalisch vermischen.

Denken Sie daran, wie ein Kühler im Auto funktioniert: Der Motor pumpt heißes Kühlmittel in den Kühler, und die Außenluft bläst durch die Metallflossen des Kühlers. Die Wärme bewegt sich von der Flüssigkeit durch das Metall,und in die LuftDer Motor kühlt ab und die Luft erwärmt sich, doch Luft und Kühlmittel berühren sich nie.

Wärmetauscher arbeiten vollständig nach den Grundgesetzen der Thermodynamik.

1. Die Hitze sucht immer nach Gleichgewicht.Wärme fließt natürlich von einer hochtemperaturen Quelle zu einer niedrigtemperaturen Spüle. Es wird nie in die andere Richtung fließen, es sei denn, es wird gezwungen (was einen Kompressor erfordert, wie in einem Kühlschrank).

2. Konvektion und Leitung:Die Wärmeübertragung erfolgt in drei verschiedenen Schritten:

   • Konvektion:Wärme bewegt sich von der großen heißen Flüssigkeit zur Innenwand der Metallbarriere.

   • Führung:Wärme fließt durch die feste Metallwand.

   • Konvektion:Wärme bewegt sich von der Außenwand der Metallbarriere in die große kalte Flüssigkeit.

Um genau zu berechnen, wie ein Wärmetauscher funktioniert und wie groß er sein muss, verwenden Ingenieure zwei grundlegende Formeln.

Erstens, um dieWärmebelastungWir betrachten die Eigenschaften der Flüssigkeit:

Wie man die Flüssigkeiten durch die Maschine leitet, ändert drastisch, wie gut sie funktioniert.

Sowohl die heißen als auch die kalten Flüssigkeiten kommen am gleichen Ende ein und bewegen sich in die gleiche Richtung.

• Das Ergebnis:Die Temperaturunterschiede am Eingang sind massiv, aber während sie sich bewegen, nähern sie sich einer gemeinsamen Gleichgewichtstemperatur.- Niemals.Sie lassen den Wechselrichter heißer, als die heiße Flüssigkeit ihn verlässt.

Die heiße Flüssigkeit fließt an einem Ende und die kalte Flüssigkeit am anderen Ende und fließt in entgegengesetzte Richtungen.

• Das Ergebnis:Da die kalte Flüssigkeit während ihrer Reise immer heißeren Flüssigkeit begegnet, kann die kalte Flüssigkeit den Wärmetauscher tatsächlich in einemhöherTemperatur als die Ausgangstemperatur der heißen Flüssigkeit.

Verwenden Sie den folgenden interaktiven Simulator, um genau zu sehen, wie diese beiden Strömungskonfigurationen das Temperaturprofil innerhalb der Maschine verändern.

Ingenieure manipulieren diese thermodynamischen Prinzipien in unterschiedliche physikalische Formen, um unterschiedlichen industriellen Bedürfnissen gerecht zu werden:

F: Spielt die Größe des Wärmetauschers eine Rolle?

A: Absolut. Nach der Formel$Q = U A Delta T_{lm}$, die Gesamtwärmeübertragung (- Ich weiß nicht.) ist direkt proportional zur Fläche (- Ich weiß nicht.Ein größerer Wärmetauscher hat eine größere Metalloberfläche, wodurch in einer bestimmten Zeit mehr Wärme durchläuft.

F: Was bewirkt, daß ein Wärmetauscher nicht mehr richtig funktioniert?

A: Das häufigste Problem istVerunreinigungIm Laufe der Zeit bedecken Mineralien aus Wasser (wie Kalziumschale), Rost oder biologischer Schlamm die Metallwände.$U$) und zwingt das System, härter zu arbeiten, um die gleichen Temperaturen zu erreichen.

F: Können Wärmetauscher zur Kühlung verwendet werden?

A: Ja. Der Begriff "Wärmetauscher" bezieht sich auf die Übertragung von Wärme, unabhängig vom gewünschten Ergebnis.Wenn Sie Wasser kochen wollen, der Wärmetauscher (Kessel) Wärme addiert. Die Physik ist identisch.