6. VARMEOVERGANG OG VARMEVEKSLERE

Transkript

1 6. VMEOVEGNG OG VMEVEKSLEE Kjøg og oppamng på plattfomen Kjøg a bønnstøm fø posesseng/sepaasjon (plattfompodsjon) Oppamng a bønnstøm fø posesseng/sepaasjon (ndeannspodsjon) Kjøg a åolje fø lastng (tl båt) elle øtanspot (tl lands) Kjøg a gass ed tnns ompesjon (øe effetteten) Kjøg a gass fo ondensatfjenng Kjøg a glyol ed gasstøng Oppamng a åt glyol fo egeneeng Oppamng a njesjonsann fø osygenstppng ype ameeslee Dobbeltøameeslee (tegn ssse) øameeslee (ø & appe, sell-and-tbe), øye ty Plateameeslee (oedsaelge fo lae ty) Lftjøle (extended sface) Vamelgnnge Lgnng fo ameoegang, mellom nnendge og tendge flde, (gjennom egg med elle ten tfelg) Enete enoldss W, W/m.K og K gjennomsnttlg tempeatfosjell mellom nnendge og tendge flde Lgnng fo oppamng/jøg, m C p Enete enoldss W, J/g.K, g/s og K tempeatfoandng mellom nnløp og tløp a nnendg fld elle tendg fld Gnnleggende fenomen Kondsjon (amelednng) Konesjon (ametanspot) Vameståg (e deet e) Gensesjt, lamnæt sjte og tblent jene eynolds-tall og astgetspofl ø (lamnæt og tblent) anspotanalogene (momentmamemasse) Meba (anlg oppamng elle jøg, foandes) og e meba ame (fodampng elle fotetnng, foandes e); (på engels: Sensble and Latent). Vamelednng og tempeatpofl Foes lgnng, - (d/dx) Enete enoldss W, W/m.K, K og m Esempel, tempeatpofl oe øegg (sjte, egg, tfelg, sjte) Esempel, amefls (/) ndegnnen ( onstant, fosjellg lag med fosjellge ) Stømnngsfoold (tempeatpofle/foløp, nnløp tl tløp) Motstøms (mest anlg, effet), conte-cent

2 Medstøms, co-cent es/yss-støms, coss-flow Enstøms (fotetnng/ondenseng og fodampng/eapoeng) Mnste tempeatfosjell (ppoac tempeate) Pnc analyse (optmalseng a enegb) Logatms mdlee tempeatfosjell empeat aee fa nnløp tl tløp fo både nnendg og tendg fld nta onstant og onstant men fosjellg C p fo nnendg og tendg fld esltee at ~ LMD Logatmc Mean empeate Dffeence LMD Logatms mdlee tempeatfosjell Må nne tlednng, se test nedenfo Ideelle og eelle ameeslee LMD Koesjonsfato F, fo deelle og < fo eelle, sal e æe mnde enn 0,8 fo god desgn F ogee fo fosjellen mellom LMD og effet (gjennomsnttlg tempeatfosjell) Fge se F fo fosjellg stømnngs- og tempeatfoold (esempel nedenfo fo en støm appen og to stømme øene) F Vameoegangsoeffsente Kombnasjon a ameoegangsoeffsente Beleggmotstand (fog gong) Beleggmotstand, 45% oegangsoeff., 50% belegg og 5% metallegg (esempel) 3 tabelle, typse oeffsente, ondttete og beleggmotstande (gamle ompendm) Koelasjone fo ameoegangsoeffsente otal oeffsent, nddelle oeffsent / lgnngen ( og fo nn- og tendg egg, / fo egg) Inddelle oeffsente an pnspelt gs ed l/ (tyelse sjte oe ondttet), samme gjelde tfelge s/ (sscale), men tyelsene e e jente Dmensjonsløse tall, e (stømnngsfoold), N (ameoegangsfoold), P (ameegensape) Sede-ate lgnngen med sostet-oesjon

3 ø--sall (sell-n-tbe) ameesle. Enstøms på sallsden, tostøms på øsden. På sallsden a esleen 8 slleplate sl at annet stømme på yss a øene. Plateameesle. Dobbeltøameesle, motstøms. Nedsenet sft fo alt og fo amt.

4 empeat pofle dobbeltøameesle, motstøms og medstøms. Daften aee langs esleen, defo beo fo LMD. stå fo aeal, t fo total aeal.

5 Fotette o ald sde e sensbel ame mens am sde e latent ame. Fodampe o ald sde e latent ame mens ald sde e sensbel ame. I begge tlfelle motstøm.

6 abell - ypse totale oegangsoeffsente fo øameeslee. Dftsfoold (W/m K) Vann mot gass ed 7 ba 00 5 Vann mot gass ed 0 ba 5 85 Vann mot gass ed 50 ba Vann mot gass ed 70 ba Vann mot eosen Vann mot monoetanolamn (ME) Vann mot lft Vann mot ann Olje mot olje Flytende popan mot flytende popan Fodampende popan mot gass ed 70 ba Gass ed 7 ba mot gass ed 34 ba Gass ed 70 ba mot gass ed 70 ba ME mot ME abell - ems ondttet ed 0 o C fo faste stoffe. Mateale lmnm Koppe Kabonstål Støpejen Syefast stål, Inonel Nelstål, 40% N Vndsglass Jod, altø Beg, ftg Sement (PI lasse G) (W/mK) ca. 0 0,75 0,80,0,5,0,5 ca. 0.95

7 abell - ypse beleggmotstande fo øameeslee. Sjøann nde 5 o C Sjøann oe 5 o C Beandlet ann oe 5 o C Benselolje Kondensat (C C 8, n-hc) åolje (C 8, n-hc) (m K/W) 0, ,000 0,000 0, ,0008 0,0008 0,0005

8 VMEOVEGNGSLIGNINGE Innen petolemspodsjon e nnsap om ameoegang nødendg (fo esempel, ø ameesle, podsjonsø bønn, ølednng på sjøbnnen). Vameoegang sje ed amelednng (odsjon) og ametanspot (onesjon). Kondsjon sje stasjonæ medm (faste stoffe og flde) på moleylsala. Konesjon sje medm beegelse (flde), både natlg og foset. Vameståg e e nldet nedenfo. Vameoegang beses a ameoegangslgnngen o [W] e oeføt ame, [W/m.K] den totale ameoegangsoeffsenten, [m ] ameoegangsaealet/-flaten og [K] tempeatdffeansen (daften). Vamelednng (ondsjon) gjennom paallelle lag Foes lo bese amelednng faste stoffe (også flde), gnnet beegelse a atome og moleyle. Fo endmensjonal stasjonæ amelednng gjelde d dx x Mnstegnet bes fod ame e defnet å stømme fa øy tempeat tl la tempeat. Fo te paallelle lag (le som elst oenteng) med fosjellge amelednngsene (tems ondttet) (W/m.K), a fosjellge tyelse x (m) og stasjonæ (onstant) amestøm (W), an den totale tempeatdffeansen ses x ( ) ( ) ( ) ( ) o e oeflatetempeaten nnendg (oeflaten tl lag ) og e oeflatetempeaten tendg (oeflaten tl lag 3). Fo et enelt lag gjelde x x x x Fod de 3 lagene e paallelle gjelde 3 3 sl at

9 x x x x 3 3 Fooldet x/ a eneten [m.k/w] epesentee tems motstand,, det nese a ameoegangsoeffsent, [W/m.K]. Defo 3 og det geneelle ttyet bl 3 Vametanspot (onesjon) mellom fld og egg Fld beegelse føe tl tanspot a ame og alles onesjon. Effeten a onesjon e anlgs betydelge støe enn effeten a ondsjon (amelednng). I tblent stømnng ø og ølednnge e effeten a onesjon så domneende at det e n nødendg å betate den temse motstanden oe det lamnæe gensjesjt på eggen. De tblente lene bot fa eggen e så effete å tanspotee ame adelt at de epesentee betydelg tems motstand. Det e en motsgelse at fo å modellee ametanspot (onesjon) ø, bes teoen fo amelednng (ondsjon). I tblent stømnng ø lgge det et ganse tynt og stlle fldlag nntl eggen, såalt lamnæt gensesjt. På eggen e astgeten tl fldet nll, men stge eæt tl lagets yte gense enold tl den neselle astgetspoflen (efee tl bøe om fldmean). Hastgetspoflen defnees ed b a støelsene * y * y ρ μ som epesentee enoldss dmensjonløs astget og dmensjonløs astand (samme paametee som eynolds-tall). Støelsen * e fsjonsastgeten defnet ed * f 8 Hastgeten e den gjennomsnttlge astget øet og f den anlge fsjonsfato. Vdstate måge se at nnen det lamnæe gensesjt gjelde

10 y og at sjtet stee t tl dmensjonløse astanden y 5 toe det e stømnngen aateset som tblent. I ametanspotsammeneng an tyelsen a det lamnæe gensesjt ttyes ed y sl at * y ρ 5 μ Defo, baset på oefostående lgnnge, øe fldastgeten eæt med astand fa eggen f 8 y ρ μ og den totale tyelse a det lamnæe gensesjt an ttyes som y 5μ f ρ 8 Desto øyee sosteten tl fldet, desto tyee gensesjtet. Desto øye fldets tettet og gjennomsnttlg astget, desto tynnee gensesjtet. Gensesjtets tyelse ata defo med øende eynolds-tall øet. Denne effeten ses blant annet ed at ametanspot ø og ølednnge øe med øende eynolds-tall. Foes lo bese amelednng flde (også faste stoffe), gnnet beegelse a atome og moleyle. Fo endmensjonal stasjonæ amelednng gjelde d dx x I tlfellet lamnæt gensesjte an den geneelle astanden x estattes med den total tyelsen, y, sl y nalogt med amelednng gjennom paallelle faste lag, an den temse motstanden tl gensesjtet ses

11 y o e amelednngsenen (tems ondttet) tl fldet gensesjtet. I patse stasjone l en del ande fatoe enn y og påe den temse motstanden tl det lamnæe gensesjtet. Espementelt abed bes fo å måle den eelle motstanden og odan den påes a ande fatoe (effete). I den sammeneng bes anlgs ameoegangsoeffsent fo sjt (nddell ameoegangsoeffsent), ttyt som y Den totale ameoegangsoeffsenten I ø (fo esempel ø--appe ameeslee) og ølednnge bes den geneelle ameoegangslgnngen o [W] e ame oeføt oe aealet [m ], [W/m.K] den totale ameoegangsoeffsent og [K] den dende tempeatdffeanse. Lgnngen an også ses o / [W/m ] epesentee amefls. Vdee an lgnngen ses fod ameoegangsoeffsenten,, e det nese a den temse motstanden,. Nå ame oeføes gjennom mange paallelle lag an den totale temse motstanden ses... n som fo amelednng gjennom flee paallelle lag. Leledes an den totale ameoegangsoeffsenten ses... 3 o, og 3 e nddelle ameoegangsoeffsente, fo fosjellge lag a fld, øegg og tfelge, fo esempel. Fo en tent stasjon o et tynnegget ø (o tendg og nnendg ameoegangsaeale e pats talt le) bes en ameesle, gjelde lgnngen

12 De nddelle ameoegangsoeffsentene og stå fo den tendge og den nnendge sden a øeggen, enoldss, mens stå fo eggtyelsen og fo eggmatealets tems ondttet. I patse stasjone dannes det gjene faste stoffe på eggene (ameoegangsaeale/- flate) som oeføe ame. Esemple nldee oganse mateale o sjøann bes som jøleann og o os felles t nå am olje jøles ned. Sle tfelge (alt fog på engels) danne en tems motstand som påe den totale ameoegangsoeffsenten. l å ta ensyn tl denne esta temse motstanden bes motstandsfatoe (fog facto) f f Senet sft f stå fo fog. Efangstall fa dft a ameeslee bes tl å lage tabelle med anbefalte motstandsfatoe. Motstandsfatoen an æe såpass stoe at de domnee effetteten a en ameesle. I patse stasjone an det bety at en ameesle tsatt fo tfelge må bygges dobbelt så sto (dobbelt så stot ameoegangsaeal). yeggede ø I Foes lo d d stømme amen fa øy tempeat tl la tempeat oe en øegg. Vamestømmen e onstant og tems ondttet e onstant. Vameoegangsaealet (øets omets mltplset med lengde) ses πl sl at ameoegangsaealet/-flaten e fnsjon a ads,. Foes lo an omses πl d d og ntegees (smmees) fa nnendg tl tendg sl at πl ( ) πl ( ) Konstant (stasjonæ) amestøm ttyes da

13 L ) ( π Det e anlg å be tendg aeal som efeanse ameoegangsaeal/-flate. Lgnngen oenfo an deles på tendg aeal L ) ( π sl at L L ) ( ) ( π π Fod den geneelle lgnngen fo amefls foold tl tempeatdffeanse og tems motstand ) ( gjelde også fo tyeggede ø, bl den temse motstanden fo tyeggede ø med efeanse tl den tendge ameflaten (aealet) Lgnngen fo den totale ameoegangsoeffsenten,, fo tynneggede ø f f må jstees fo å nne bes fo tyeggede ø. Jstet fo tendg ameoegangsaeal/flate ses lgnngen f f I pass e det me anlg å be ødamete lgnngen, defo f f d d d d d

14 yelsen a tfelge på nnsden og tsden e antatt å æe så lten foold tl øtyelsen at man e a beo fo å ta ensyn tl dsse ed jsteng a ameoegangsaealet/flaten ed anlge beegnnge. Koelasjone fo fld/egg ameoegangsoeffsente esltatene fa espementelt abed på ametanspot oelees gjene ed b a det dmensjonsløse Nssellt-tallet d N o d e aateseende damete (ødamete ø og ølednnge). Fo å bestemme ametanspotoeffsentene, og ameoegangslgnngen, bes sem-empse lgnnge. en analogt tl odan fsjonsfatoen elatees tl eynoldstall, baset på espemente. Fosnng a st at ametanspotoeffsentene an oelees tl lassse dmensjonsløse tall. eynolds-tall fo stømnngsfoold, Pandtl-tall fo temse egensape tl fldet og Gasoff-tall fo natlg onesjon. I tllegg tas ensyn tl lengdefoold og sostetsfoold. Dsse sem-empse lgnngene (oelasjonene) på geneelt gnnlag an ttyes følgende: a N C e P d N b ρd e μ C p μ P ρ d G G 3 c L D β g μ d μ μo μ sostet ed gjennomsntts tempeat μ o sostet ed oeflatetempeat β olmets espansjonsoeffsent / o C e Fo tblent stømnng ø bes gjene Sede-ate lgnngen

15 N 0,07 e 0,8 P 0,33 e > L/d > 60 0,7 < P < 700 μ μo Fo plateameesle b gjene 0,4 N 0,e 0,67 P 0,4 μ μo N og e støe plateameeslee enn ø. 0,

16 Logatms mdlee tempeat dffeanse empeatdffeansen mellom am-sde og ald-sde ameeslee aee fa nnløp tl tløp. Den aee også om stømnngen esleen e motstøms elle medstøms og om esleen e fodampe elle fotette. Logatms mdlee tempeat dffeanse (LMD) g den mest tge daften (tempeatdffeansen) alle type ameeslee. I ametanspotlgnngen ndee tendg aeal a et ø en dobbeltøameesle. Det e anlg å be tendg aeal (elle damete) som efeansepnt. e den totale daften (tempeatdffeansen). I desgn a ameesle ønse man anlgs å fnne det nødendge aealet og be ameoegangslgnngen d d d o o d Oppamng/jøg lgnngene d m C p d m C p an settes l ameoegangslgnngen oenfo desgn a ameeslee. Senet sft og stå fo ald-sde og am-sde. Hs man anta at C p og C p e onstant (det samme som å be sntted), se en plott a mot langs en ameesle at den e eæ. På den ene enden a esleen e tempeat-dffeansen og den ande enden. Fod mot e eæ an man se ( ) d d Sette nn fo d ( ) d d Omodne

17 ( ) o d d Hs man anta onstant (samme som å be sntted) g ntegasjon følgende lgnng Lgnngen gjelde e nå, men det sape e poblem fod da gjelde. Den logatmse mdlee tempeat dffeanse e gtt ed LMD Det splle ngen olle len ende a en ameesle som a (elle ), esltatet bl det samme.