熱交換器はどのように機能するのでしょうか?

基本的には熱交換器2つの液体が物理的に混ざり合わない状態で,熱流体から冷たい流体へ熱エネルギー (熱) を転送することで動作する.

車用ラジエーターの仕組みを考えてみてください エンジンは熱冷却液をラジエーターにポンプし 外部の空気はラジエーターの金属のフィンを通して吹かれます 熱は液体から金属を通りそして空中にエンジンが冷却され 空気が温まるのに 空気と冷却液は触れません

熱交換器は完全に熱力学の基本法則に従って動作します

1. 熱は常にバランスを求めます熱は高温源から低温シンクに自然に流れる.強制されない限り決して反対に流れない (冷蔵庫のような圧縮機が必要です).

2. コンベクションと導流:熱は3つの段階で行われます

   • コンベクション:熱は熱い液体から金属壁の内壁に移動します

   • 指揮:熱は固体金属壁を通ります

   • コンベクション:熱は金属壁の外壁から冷たい液体の中へ移動します

熱交換器の仕組みと 大きさを正確に計算するには 工学者は2つの基本式を使います

まず,熱負荷液体の性質を見てみましょう.

流動を導くには 2つの主な方法があります.

熱流と冷流の両方が同じ端から入って 同じ方向に移動します

• 結果 は冷たい液体は,冷たい液体と冷たい液体との間の距離を決して熱い液体よりも交換器を熱くします

熱い液体は片端から入って 冷たい液体は反対端から入って 反対方向に流れます

• 結果 は冷たい液体が常に移動する際に 熱い液体と出会うため 冷たい液体は実際に熱交換器から高い熱流体の出口温度よりも低い温度です

この2つの流れの構成が機械内の温度プロファイルを 具体的にどのように変化させるか 確認するために 下のインタラクティブなシミュレータを使用します

エンジニアはこれらの熱力学原理を 異なる産業ニーズに合わせて 異なる物理的形に操作します

Q: 交換器の大きさは重要ですか?

A: 間違いなく 公式によると$Q=U A デルタ T_{lm}$熱を吸収する ($Q$) は面積に直比例する ($A$) より大きな熱交換器は,より多くの金属表面面積を有し,一定の時間でより多くの熱を通過させることができます.

Q: 熱交換器が効率的に機能しない原因は?

A: 最も一般的な問題は汚れ時間が経つにつれて,水 (カルシウムスケールなど) から鉱物,腐り,または生物泥が金属壁を覆う.これは保温として作用し,熱伝達係数を劇的に低下させる ($U$システムに同じ温度を達成するために より一生懸命に働かせます

Q: 熱交換器は冷却に使用できますか?

A: そう です".熱交換器"という 用語 は,望ま れ た 結果 に かかわら ず,熱 を 移す こと を 指し て い ます.熱い エンジン を 冷却 する こと が 目的 と なっ て いる 場合,熱交換器 (ラディエーター) は 熱 を 消し去っ て い ます.水を沸かすこと熱交換器 (ボイラー) が熱を加えている.物理は同じです.