Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
203
������� ��� ��� ������ ����� ���� ���� _ �������� ���� ������ �����)33 ( ���)6 (2011
Tishreen University Journal for Research and Scientific Studies - Engineering Sciences Series Vol. (33) No. (6) 2011
� ���� �������� ���� � ��� ���!����"� # ������ $�%��� ��&� ��������
.(!� )���* .��� *��#**
��+ *��***
) �� �,� -���21 /8 /2011 . /0 1� )2 ����� $16 / 10 / 2011(
∇∇∇∇ 34��� ∇∇∇∇
���� ��� ��� �� ���� ����� �������� ���� �� ���� , ��� �� !"#� $%�& �'����� ( � $
������ %��� )� .�+%�" ���,� ��"�'� �$� ,-. �������� �'�$�� �� ,�+.� � ���"� �&�� � , �� � ��"�%� ,���,� �������� /������� ����� �� �0����� �� ��''1 �����.
�������� ���� �� ( (�&!� � ��% 2 �'��� )���� �!� ( 3�� :�� �! ������ 5������ ��� ��/-6 ,��0+��� 5������ ��� ��� ,7��. ����� 8����� ��.� $ ��� 9�� �� ���� ����� �'��� 8��: (2 ;�!� , � ��
$ �� ����� <%2 ������ $�� ��% 2 ��= >��&? <�? ��=� 5!��. � ���� �� �$�� ������ ���� <%2 $=��:� �� �=� �'����� @!� ����� /�$��A%� �B�� � B��� ,
9>��=�� �%$' �::" <�? C0��� ������ . ��0+��� 5������ ��� �� >��1 (1 <�? ������ �� ��= �� �-" ( �! ������ 5������ ��� �� ( �3�15 ���� �� )�� ( /-6��D 9������ �=�� � � �D �,��� �����E�� �+%����
�=%�� �� ��� �� ��� ( A�'���D � ��� � ����D F+�� �� :63�� :����.
�������� ��5�� :5���� �� (��&�� DG��� �� (��&�� D/-6��� A���� ��� �� D��0+��� ��� �� D ���� D
H�' .
* #7�� 8 ��5��5���� 9�!�� ��0 8 ��"���5��� ��5��5���� �� ���� ���5 8 ����� ���� – ��07(�� 8 �����. ** # +�� 7�� 8 ��5��5���� 9�!�� ��0 8 ��"���5��� ��5��5���� �� ���� ���5 8 ����� ���� – ��07(�� 8 �����.
*** ; ��+ ��� ���)������(8 ��5��5���� 9�!�� ��08 ��"���5��� ��5��5���� �� ���� ���5 8 ����� ���� – ��07(�� 8 �����.
$0��1 (�'��� ������ ��6� �������� ���� %� �+%�" �� I���� (�� ��= �� ���2 D('� D-=�
204
������� ��� ��� ������ ����� ���� ���� _ �������� ���� ������ �����)33 ( ���)6 (2011
Tishreen University Journal for Research and Scientific Studies - Engineering Sciences Series Vol. (33) No. (6) 2011
Comparison between Heat Exchangers
to Improve Their Quality
Dr. John Takla
* Dr. Ayoub Hasan
**
Rehab Obied***
(Received 21 / 8 / 2011. Accepted 16 / 10 / 2011)
∇∇∇∇ ABSTRACT ∇∇∇∇
As heat exchangers become an essential part in the industrial machines.
Considerable research have recently occurred on its. It is widely used, in thermal
engineering as steam boilers, steam turbine, and it is an essential part in heating, air-
conditioning and refrigeration, etc.
This research shows an experimental study on two types of heat exchangers:
PLATE-HEAT-EXCHANGER, and SHELL AND TUBE-HEAT-EXCHANGER. Their
intrinsic parameters have been studied with a steady flow and variable flows in order to
compare the two types and show the effectiveness of each. The experimental part was done
on similar heat exchangers at AL-HAFEZ Company, Aleppo.
We've concluded that the performance of plate heat exchanger is more distinctive
and efficiency than shell and tube heat exchanger, and also in term of heat transfer
coefficient and economy, in the face of many disadvantages as leakage problem, and
reducing average life of this heat exchanger.
Keywords: flow arrangement, counter flow arrangement, shell and tube heat exchanger,
plate heat exchanger, advantages, disadvantages.
* Professor, Mechanical Power Engineering Department, Faculty of Mechanical and Electrical
Engineering, Tishreen University, Lattakia, Syria. **
Associate Professor, Mechanical Power Engineering Department, Faculty of Mechanical and
Electrical Engineering, Tishreen University, Lattakia, Syria. *** Postgraduate Student, Mechanical Power Engineering Department, Faculty of Mechanical and
Electrical Engineering, Tishreen University, Lattakia, Syria.
(���� �� & �%& � �%& �� ��'�$�� ��%���)33 ( �����)6 (2011 Tishreen University Journal. Eng. Sciences Series
205
�� !�: �������� ���� �� ���+%�" 9���� �&�� $� (��0 (�� �������� �E:�� �=� ���" 9�$&1 , ��+� �E�
$�� $:-�"� F � A%� L:'D � ��"�'� @!� � �� ���� �������� �'�$�� �& �� F'�� ���� ���� ��,� /�.����� ��"����� /������� �������� �0����� �����. ���� �� / ���� �1 $ ��"�'� A'� 1<�? $% 2:
��2&�? ������ ���� ,��&� ,������. 5��� ���� (��� L:'�� G+� G � <%2 ("'��� ����� (��0 �� -� (��� ��2&�M� ���� �� �� , ��
��� �� N� �� 8��: (2 9������ �=�� ���� ��&� �� ���� �� �������� ("'�� (��0 �� (�� , ������� ���� �� ���+� ���& ��2 (��0 �� (�� 5������ ������ ���� $�� �[2].
! ��� <�? ����� (��& A'� ��"�� I��� / ���5 O���� (��& ,!�5 G��� (��&D !�5 (��&A��� , ��1 ������ ���� <�? �� ���� A'� 3�1 /������0+� ������ ���� � ���.
)���� � =������ $ ����: ��1 $ 3 8���� A���� ( � �� �1 ���� A��1 ( ��� �� �!� (����$��� �.��� (�P�0 ��, ���� � ��"�'� �������� ���� �� �.�1 ( /-6��� A���� ���� ������ 5������ ��� ��
�� 5!��� I�3� .�� ,1 (� �( ���� �� @!� �� �� ��� 8 %���A���� �:=� �+%�" � ����, A���� ��2, A���� ��: ,$������ A���� �&��Q � ����� @!�� ( ������6�� $� ������ (� [3], )�� �!$� (1 ��"�'� I���
( �.�#� �2��� �����0��90 %��� �� ( �' �� ������� ����� �� � �" /-,� A��1 ������ ;�! ����� ������ A�'S�:
T �+%�" �� ��� �� ( ��'�� �%���� ( 3 $� ��'� ����� �&��.
T �.�� �� �� 9��" ( 100 ���=� �2.
T ��'�$�� ��'�=�� ���� ���%� ���� ��� �� ��� ( 3 $ � �� �'� [1].
$5���)1 ( =������ $� ������� � ���>(&��� *
)�"�%�� =������ $ ����: �� (2 9��2 (��� �1 9�� L0+� F A���� <%2 F3��� ����' L0+�
���.� U���1 <%2 F &� �� %3 L0+�, F0 %� N�" � �"�� � � �� ���� ����1 <%2 5���� ����� . I��1 �&���2��� �� ( 9�%�� ��0+��� ��� �� $ �1 ���0+��� ����� ,)���� �� G��� �� I��� ���. (?�� � ����� �&�
$0��1 (�'��� ������ ��6� �������� ���� %� �+%�" �� I���� (�� ��= �� ���2 D('� D-=�
206
�A�%: �� 8����� � �� $ A�'1 9��� ���� L0+�%D � �"�' �� �0��'%� ��0���+�� V��"���D :63�� :��� �����A�%: ��D ���,� 9������ �&���D ����� (��� )2( 5������ ��� �� >��&1� ��0+��� [5].
$5��� )2( )�"�%�� =������ $ ����
���?#����� @2� ?#�:
5������ ��� �� � �� ��''�� ���� ����� (�� �����&���� ���B�� �E-��� �&�? �� )���� �� �1 ( �� ,�? ������ ��6� � �=�� ��3�� �&� <�? $%�����=��� < ��� ��0+��� 5������ ��� �� ( �� >��� �. ��
��6� ��� ��.�� 8����� ���� �� �������Q � � )���� �!� /���1 ���� ��#�: 1. $���� ��= � �������� ���0+��� �������� ���� �� ���� ��� �'���.
2. �������� ���0+��� �������� ���� �� ���� �'���$��= �.
3. �������� ���0+��� ���� �� ( �� ���"�'� �& ���� .
4. �������� ���0+��� �������� ���� %� :63�� :��� �'���.
5. ��= � � (' H�' (�2��� -�.
6. � ��=�' �� �� (�.���� 7�&��-��� �' �� 2��1 � ��� )���� � $��= � ���� �� ( W�"1. �;"�� AB ���� ����:
�%�� �� ��<���� ��� �� � �" 9��� �$& <%2 A�&� >��&X� E )���� ( ;�!� �=�� ��" ( 3�� <%2 9������������� ��0+��� (���� ��(���� �� &D ����� L3� �$&��)3( ����:
(���� �� & �%& � �%& �� ��'�$�� ��%���)33 ( �����)6 (2011 Tishreen University Journal. Eng. Sciences Series
207
$5���)3 ($ ���� �� � C ��HT30X
� E� !"# ��>��E (��0 �� �=���D � 9���� �&���N��"��� ��"�� �$&� :��� �� A�'��� C �� ( ��� �� � �" 9���D �=�� � � ( W�"�� ���� ����� A'���� 9����M��� & , �:'��� 9������ �&�� 8��
� ���,�%�� ,����� F0 �� ����� ,��� &M� ����+��� ... Y�����. �=��� �2 $�� ��= �� >��&�ٕ� , �=��� �2��+%�" .
18 ���D !2 � �+ ��� ���� ��� ���!���: ��E O�'� ������ ("'�� F0 �� 8��� (��� )��� (�P��� �� -�� ���� ����� ��>��E !"1 ;�!� � P�=[��
(� M� G��� ��� 5���� �� (��&�� �� ;�!� ��= ��� $��, �E� � � ��= �� F !"�� (��� ���2�� :=�� �����: • 5���� ��� �� 5������ A���� /-6��� ���' A��1 ,� ��� 7��! ��� %� 5������ ��0+��� 5!�� 5���� ���'
L0+�. • �� � �=��� ��>��&X� ( �� ,��E�%� ( �2=� > �� ,��E (� M�.
• �� ��� 9��� � �"�� A�'��� ����%� <%2 ��>��E 8����� �&��� 9������ �$& N�" ��� <%2 � �� ��L3� ��� ��� �� � �" 9��� ����� )4(.
$5���)4 ($ ���� �� � C �� E�� F��
• �� !"1 ��>��=�� ( C �� A�'��� ( 3 ����� �� � 9� �� ���'� � � $� ��2 80E� ��� 9>��E.
$0��1 (�'��� ������ ��6� �������� ���� %� �+%�" �� I���� (�� ��= �� ���2 D('� D-=�
208
• �� ���"�'� @� �� ���� �� ���"�� ( A0�����.
• �� ���"� :=�� �� �::" �� ����� ( �-" �& � �E ����+�� ��� &M� ���� %�� 7�%2 �� �� ��� �2 G+ 8�����.
)���5 )? �� ������ E������ ��;%���: ���� E���� C �����
�&�� "'�� F0 �� ��"� 9����( T1 Cο
("'�� F0 �� N��" 9���� �&�� T2 Cο
����� F0 �� ��"� 9���� �&�� T3 Cο
����� F0 �� N��" 9���� �&�� T4 Cο
("'�� F0 �� 9���� �&�� 8�� ∆Th Cο
����� F0 �� 9���� �&�� 8�� ∆Tc Cο
��:'��� ("'�� F0 �� 9���� �&�� Thm Cο
��:'��� ����� F0 �� 9���� �&�� Tcm Cο
("'�� F0 %� � &��� 8����� � �� Fh L/min
����� F0 %� � &��� 8����� � �� Fc L/min
� ���,�%�� �:'��� 9������ �&�� 8�� LMTD∆tm Cο
�� &M� 9������ �=�� � � U W/m2.c
����� F0 �� ����� ηc %
����+����� &M� η %
)��: ∆Th = T1 – T2 (C
ο)
∆TC = T4 – T3 (Cο)
�� &M� 9������ �=�� � � :
(w/m2.c) tmA
QeU
∆=
.
����� F0 �� �����: ηc = (T3 – T4)/(T1 – T4)
��� &M� ����+��:
!"\� 8�% �� ( �������� ��'��� ��.��� ��E
(���� �� & �%& � �%& �� ��'�$�� ��%���)33 ( �����)6 (2011 Tishreen University Journal. Eng. Sciences Series
209
$� ��� )1( ������� $ ���� =������ ���*��� � >(&��� G5����� ������ )2 ���� ��� Fh(l/min) Fc(l/min) T1 ∆Th ∆Tc LMTD∆tm U[w/m2.c] ηc% η%
1.3 1.98 33.3 2.8 1.3 10.73254 1250.262 10.1563 73.34793406
1.3 2 33.9 3.1 1.2 15.23025 975.4387 6.89655 61.15361252
1.3 1.81 34.5 3.2 1.4 16.28342 941.7805 7.52688 69.11632248
1.3 1.83 33.3 2.9 1 14.82972 937.1529 5.95238 54.4759192
$� ��� )2( ������� $ ���� =������ )�"�%�� G5����� ������ )2 ���� ��� Fh(l/min) Fc(l/min) T1 ∆Th ∆Tc LMTD∆tm U ηc% η%
1.3 1.3 53.1 11.6 8.4 22.66236 1141.466 25.68807 73.09725
1.3 1.3 53.6 13.6 12 19.88928 1524.86 36.69725 89.06808
1.3 1.3 52.6 11.9 10.1 20.78701 1276.63 31.76101 85.67501
1.3 1.3 53.3 13.1 8.7 21.62545 1350.878 26.68712 67.03903
$� ��� )3( ������� $ ���� =������ ��� *��� � >(&��� ���� ��� )2 ������ =E������ Fh(l/min) Fc(l/min) T1 ∆Th ∆Tc LMTD U[w/m2.c] ηc% η%
1.26 1.27 34 3.1 1.8 15.04064 987.736 10.2857 58.65187382
1.26 1.27 31.8 2 0.7 9.234755 1037.887 6.60377 35.35404617
1.21 1.26 33.8 2.7 0.7 14.57714 887.64 4.29448 26.18818235
1.24 1.26 31.8 2.2 1.7 9.247747 1140.072 15.1786 78.05438764
1.23 1.26 31.7 2 0.7 8.733881 1097.408 6.93069 35.35404617
1.18 1.26 32.6 2.6 2.5 14.14994 880.5705 14.9701 97.12650046
1.25 1.28 32.2 2.5 1 13.33594 898.3833 6.62252 40.40462419
$� ��� )4 (������� $ ���� =������ )�"�%�� ���� ��� )2 ������ =E������ Fh(l/min) Fc(l/min) T1 ∆Th ∆Tc LMTD∆tm U ηc% η%
1.4 1.5 52.2 11.4 9.3 20.33193 1331.948 30.29316 89.40017
1.4 1.5 52.3 11.8 5.7 21.30465 1315.735 18.87417 52.93624
1.4 1.5 52.4 11.6 6.9 20.56055 1340.245 23.07692 65.18555
1.4 1.5 52.4 12.1 8.9 20.25789 1418.901 28.8961 80.60554
1.4 1.5 53 12.2 6.2 21.46039 1350.464 20.12987 55.69191
1.4 1.5 52.9 11.4 7 22.92968 1181.048 21.73913 67.29045
H�� � ���� ��: �0(+ $��� $!��� ���C��� )���,� I��5 A��� ��� C������ );���� )����J���� )2 ��������
G5����� =E�������. &�� N�" ( !"\� 9������ �&��� 8����� ��E$ �=�� W�"�� ��=�� A'� ��� � ���� %�.
�����&�� �� $�%2 %�� ���� ��=�� ( �=�'�� ::" �� <%2 ���(� ����(�� (�%���� )5( �)6(.
$0��1 (�'��� ������ ��6� �������� ���� %� �+%�" �� I���� (�� ��= �� ���2 D('� D-=�
210
الشكل(5) ع!قة معامل انتقال الحرارة ا�جمالي كتابع لفرق درجة الح�رارة الوس�طي اللوغ�اريتمي عن��د تدفقات ثابتة في الجريان المتع�اكس
أنبوبي
أنبوبي
أنبوبي
أنبوبيأنبوبي
صفائحي
صفائحي
صفائحيصفائحي
R2 = 0.9031
R2 = 0.78
700
900
1100
1300
1500
1700
10 12 14 16 18 20 22 24
U[W/m2.c ْ ]
LMTD∆tm
الشكل(6) ع!قة معامل انتقال الحرارة ا�جمالي كتابع لفرق درجة الحرارة الوسطي اللوغ�اريتمي ف��ي الجريان المت��وازي
انبوبي
انبوبي
انبوبي
انبوبي
صفائحي
صفائحي
R2 = 0.9136
R2 = 0.8926
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
7 9 11 13 15 17 19 21 23 25
U[W/m2.c ْ ]
(�::" �� ��%� $�B�- ��=� � ����� �� �� -�� (���� �� F /-�"� L3�� �& � �� $
)�� (��� �& � � �=�� 9������ ��0+�%� ���1 7 ����S�. B�-� �� -� (�::" �� 71����� 8�� �&�� 9������ �:'��� � ���,�%�� �+"� � � ���= 9������ �� &M� <=��� ( 3 �& ���1 �� ��� ��
��0+���.
���D�� ���� ��: �0(+ ������� �����,� I��5 A��� ��� C���� I"��� ���� )2 �������� G5����� =E�������. ����� ( ��� )��)7 ( �&�� �� ����� F0 �� ��"� 9���� �&�� 8�+� F��� ����+�� �E-2G��� �� (�
أنبوبي
أنبوبي
أنبوبي
أنبوبي
صفائحي
صفائحيصفائحي
صفائحي
R2 = 0.8069
R2 = 0.8521
40
50
60
70
80
90
100
0 2 4 6 8 10 12 14
أنبوبي
صفائحي
Poly. (أنبوبي)
Poly. (صفائحي)
الشكل(7) ع'قة الفعالية ا%جمالية كتابع لفرق درجة حرارة دخول المائع البارد عند تدفقات ثابتة في الجريان المتعاكس
η%
∆Tc[Cْ ]
8�'�� ����� ( ��� 71 L3����� ����+�� ��� &M� ����� 8�� �&�� 9���� F0 �� ����� ����S� -��
(���� �� ,(���� �& � ���1 �� ��0+��� � ��= ����� ,����� 7���� 5���� �� (��&%� ��'�� 1)8(.
(���� �� & �%& � �%& �� ��'�$�� ��%���)33 ( �����)6 (2011 Tishreen University Journal. Eng. Sciences Series
211
الشكل(8) ع!قة الفعالية ا�جمالية كتابع لفرق درجة حرارة الم�ائع الب�ارد ف�ي الجري�ان المت�وازي
أنبوبي
أنبوبي
أنبوبي
أنبوبي
صفائحي
صفائحي
صفائحي
صفائحي
صفائحي
صفائحي
R2 = 0.9792
R2 = 0.8511
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
∆Tc[Cْ ]
η%
� �� 7��! ��'�� (��&%� ��� ��5� (��� ���� �.�1 ��3� �.�1� ����� ��� %� ������.
�D�D�� ���� �� :)���,� C������ $!��� $���� I��5 �����,� ������� �0(+. ����� (���)9(G��� �� (��&�� �� 9������ �=�� � � � F��� ����+�� �E-2
الشكل(9) ع!قة الفعالية ا�جمالية كتابع لمعامل انتقال الحرارة ا�جمالي عند تدفق ثابت ف�ي الجري�ان المتعاكس
أنبوبي
أنبوبي
أنبوبي
صفائحي
صفائحيصفائحي
R2 = 1
R2 = 0.9416
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
η%
U[W0m2.c ْ ]
������ 71 B�- � � �=�� 9������ M��� & ����� ����+�� ��� &M� ,�2� G+ � �E � � �=��
9������ ��� <%2 ����� ���1 �� ��� �� ��0+��� $ �� ������ ,�!�� (� � @��'+� � %=� � �E �2�3�� �� ��� �� ��0+��� ��= ������D ����� ( ���� 5���� �� (��&%� ��'�� 1 )10 (�����:
الشكل(10) ع!قة الفعالية ا�جمالية كتابع لمعامل انتقال الح�رارة ا�جم�الي ف�ي الجري�ان المت�وازي عند تدفقات ثابتة
أنبوبي
أنبوبي
أنبوبي
صفائحيصفائحي
صفائحيR2 = 0.9828
R2 = 0.5097
0
20
40
60
80
100
800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
η%
U[W/m2.c ْ ]
)������� ����+�� ��� &M� ����� � � �=�� 9������ �� &M� (���� �.�1 ��3� �� ��� �� ������ , �� (��� �� �� �E1 ���.#� ��= (��&�� G��� �� �� ��� �� ��0+���.
28 ������ !2 � �+ ��� ���� ��� ���!���: ��� ��>��E !"1 ;�!� � P�=[�� �2 7�%2 %�� 5!�� � B2�� ����+�� � �E �& ( (�P��� �� -�� ���� ��
�E� G��� �� (��&�� �� 8��� �� � �E � � ��= �� F !"�� (��� ���2�� :=�� �����:
$0��1 (�'��� ������ ��6� �������� ���� %� �+%�" �� I���� (�� ��= �� ���2 D('� D-=�
212
• 5���� ��� �� 5������ ���� A���� /-6��� ���' A��1 ,� ��� 7��! ��� %� 5������ ��0+��� 5!�� 5���� ���' L0+�.
• �� � �=��� ��>��&X� ( �� ,��E�%� ( �2=� > �� ,��E (� M�
• 9������ �&��� 8����� ��>��E <%2 ����%� A�'��� � �"�� 9��� ��� ��.
���. �=��� �2 � �"�' �� ���� ����� <�? ��3? ,�����-�� �E��� �"�� )������– �%'� ( $� �%�� �� @!� ��7�����6�� 8����� �''1 ���� 8 %��� .�� A'� �%'�� ������ �E�1 ���� <:����:
A���� ( 3 (��&%� ("'�� F0 %� ������ �E�:
ν
ω di.Re =
(m/sec)w �2�' (��&��
����S� �%"���� �:=�� di= 0.00515 (m)
�& �E� ������ (��&%� ( 3 A���� Re=2400 ���� �%'� ��"��:
Nu=0.023.Re0.8
.Prn
n=0.4 ("'�� F0 %� )��:
�E� ������ (��&%� ��� ����� F0 %� A����:
ν
ω do.Re =
�& �E� ������ (��&%� ��� A���� Re<105
���� �%'� ��"�� �& ��: Nu=C.Re
n.Prf
0.33
F����%� �&�:���n=0.6, C=0.41 �E� ������ (��&%� <%2 L0+���:
Re=(ω.A)/ν �& �E� ������ <%2 L0+��� Re=5.10
5
���� �%'� ��"��: Nu=0.33.Re0.8
.Pr0.33
!"\� ��E �������E ��.��� ��'��� �������� ( ���&�� �� 8�% ��
�'��� �� ��=�� <:�� ��&�� ���������: $� ��� )5( ������� $ ���� ��� *��� � >(&��� ���� ���
Fc(l/min) Fh(l/min) T1 T3 U ηc% η% Re"c" Re"h" Nu"c" Nu"h"
1.2 1.2 32.8 26.3 1355.166 21.53846 93.63933 4917.622 653.2745 145.1136 7.977524
3 1.14 53.1 16.1 821.1546 3.783784 59.10391 12294.05 834.6145 251.4618 8.527663
1.98 1.3 33.3 20.5 1289.556 10.15625 71.11296 8114.076 707.4963 195.974 8.502975
1 3 62.1 24 2076.96 39.37008 99.1728 5286.45 2665.032 137.6939 19.58738
$� ��� )6 (������� $ ���� )�"�%�� ���� ��� Fc(l/min) Fh(l/min) T1 T3 U ηc% η% Re"c" Re"h" Nu"c" Nu"h"
1.3 1.3 53.6 20.9 1524.86 36.69725 89.06808 23.49742 36.26291 7.678743 9.100834
2.07 1.04 38.2 18.9 1007.037 19.17098 97.48485 37.5306 29.0439 11.16818 7.620002
1.5 1.05 37.8 20 1572.863 33.70787 96.74233 27.19608 29.37967 8.631358 7.690394
3 1.05 52.9 16.8 1451.409 16.89751 94.50982 54.39217 29.37967 15.02807 7.690394
(���� �� & �%& � �%& �� ��'�$�� ��%���)33 ( �����)6 (2011 Tishreen University Journal. Eng. Sciences Series
213
H�� � ���� �� : ���� I"��� A2 �� I��5 �����,� ������� �0(+. ����� (��� )11 ( ����+�� (�� �E-���� �� (��&�� �� ������ F0 �� 8����G��
الشكل( 11 ) ع!قة الفعالية ا�جمالية كتابع لتدفق المائع البارد في الجري�ان المتع�اكس
أنبوبي
أنبوبي
أنبوبي
أنبوبي
صفائحي
صفائحيصفائحي صفائحي
R2 = 0.9987
R2 = 0.7047
50
60
70
80
90
100
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
أنبوبي
صفائحي
Poly. (أنبوبي)
Poly. (صفائحي)
η%
7#� B�- )��<=�� �& ��0+��� <%21 7 ����S� ( )�� ����+�� ��� &M�D (��� (��� �& ��
F'�1 �=���� �+%�" �� ��� �� ������ )�� B�- �+"� ����+�� ��� &M� ����� 8��� F0 �� ����� ,�2� ��=�� 8���%� $'+(��� � �E ����+�� &M���� ���1 ���� B��% �� ��� �� ��0+��� $ �� ������.
���D�� ���� �� :,� ������� �0(+����� I"��� E ����� �0�� I��5 �����.
����� (���)12 (G��� �� (��&�� �� �E-���
الشكل(12) ع!قة الفعالية ا�جمالية كتابع لرقم ريتولدز للمائع الساخن في المبادل ا+نبوبي ف��ي الجريان المتع�اكس
أنبوبي
أنبوبي
أنبوبيR2 = 1
40
50
60
70
80
90
100
600 650 700 750 800 850
أنبوبي
Poly. (أنبوبي)
η%
Re"h"
$0��1 (�'��� ������ ��6� �������� ���� %� �+%�" �� I���� (�� ��= �� ���2 D('� D-=�
214
����� <%2 ���� 5���� �� (��&%� ��'�� 1 )13(
الشكل(13) ع!قة الفعالية ا�جمالية كتابع لرقم رينولدز للمائع الساخن في المبادل الص�فائحي
صفائحي
صفائحيصفائحي
صفائحي
R2 = 0.9426
82
84
86
88
90
92
94
96
98
100
27 29 31 33 35 37
صفائحي
Poly.
(صفائحي)
Re"h"
η%
B�- �� -� ( (�::" 17 ����� �E� ������ �+"� ����+�� ��� &M� ,3�1� B�- (1 �& ����+�� ���1
��� �� ( 3 ��0+���. �D�D�� ���� ��: �0(+ �0� E ����� ���� I"��� I��5 ��� � C���� ���� I"��� $�� .
����� (���)14 (�E-��� ������ ��� %��� �� (��&�� ��G�
الشكل(14) ع!قة رقم رينولدز للمائع البارد كتابع لدرجة حرارة دخول المائع البارد في المبادل ا+نبوبي في الجريان المتع��اكس
أنبوبي
أنبوبي
أنبوبي
أنبوبي
R2 = 0.9944
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
15 17 19 21 23 25 27
أنبوبي
Poly.
(أنبوبي)
Re"c"
T3[Cْ ]
����� 1 )15 ( �E-��� �:��� ��0+��� ��� %�� �� (��&�� ��G��.
الشكل(15) ع!قة رقم رينولدز للمائع البارد كتابع لدرجة حرارة دخول المائع البارد في المبادل الصفائحي في الجريان المتع�اكس
صفائحي
صفائحي
صفائحي
صفائحي
R2 = 0.9941
0
10
20
30
40
50
60
16 17 18 19 20 21 22
صفائحي
Poly.
(صفائحي)
7� B�- (�::" �� ( ����� �&�� 9���� ��"� F0 �� ����� �+"� �E� ������ F0 %� ����� �(���� % %� $�.
(���� �� & �%& � �%& �� ��'�$�� ��%���)33 ( �����)6 (2011 Tishreen University Journal. Eng. Sciences Series
215
������� ���� ��:�0(+ $��� $!��� C������ )���,� I��5 �0�� ���� ��I"� �����. ����� (��� )16 (�E-��� G��� �� (��&�� �� ������ ��� %�
أنبوبي
أنبوبي
أنبوبي
أنبوبي
R2 = 0.7653
500
1000
1500
2000
2500
7 9 11 13 15 17 19Nu"h"
U[W/m2.cْ ]
أنبوبي
Linear (أنبوبي)
الشكل(16) ع'قة معامل انتقال الحرارة ا%جمالي كتابع لرقم نوسلت للمائع الساخن في المبادل ا,نبوبي في الجريان المتعاكس
����� (���)17 (�E-��� G��� �� (��&�� �� ������ ��� %�
صفائحي
صفائحي
صفائحي
y = 7175.5x - 53670
R2 = 0.9584
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
7.61 7.62 7.63 7.64 7.65 7.66 7.67 7.68 7.69 7.7Nu"h"
U[W/m2.cْ ]
صفائحي
Linear (صفائحي)
الشكل(17) ع'قة معامل انتقال الحرارة ا%جمالي كتابع لرقم نوسلت للمائع الساخن في المبادل الصفائحي في الجريان المتعاكس
�� -� (�::" �� B�- 71����� �E� �%'� F0 %� ("'�� ����� � � �=�� 9������ �� &M� ���� �� ��
�. � -�� (���� ��.
������ ���� ��:�0(+ ������� �����,� I��5 �0�� ���� I"��� ���� ����� (��� )18 (�E-��� G��� �� (��&�� �� ������ ��� %�
الشكل(18) ع!قة الفعالية ا�جمالية كتابع لرقم نوسلت للمائع البارد في المبادل ا+نبوبي ف��ي الجريان المتع�اكس
أنبوبي
أنبوبي
أنبوبي
أنبوبي
R2 = 0.9994
40
50
60
70
80
90
100
100 120 140 160 180 200 220 240 260
أنبوبي
Poly. (أنبوبي)
η%
Nu"c"
$0��1 (�'��� ������ ��6� �������� ���� %� �+%�" �� I���� (�� ��= �� ���2 D('� D-=�
216
����� (��� )19 (�E-��� G��� �� (��&�� �� ������ ��� %�
الشكل(19) ع!قة الفعالية ا�جمالية كتابع لرقم نوسلت للمائع البارد في المبادل الصفائحي ف�ي الجريان المتع�اكس
صفائحي
صفائحي
صفائحيR2 = 0.6368
94
94.5
95
95.5
96
96.5
97
97.5
98
6 8 10 12 14 16
صفائحي
Poly. (صفائحي)
�� -� (�::" �� B�- 71 ����� �E� �%'� �F0 % ����� �+"� ����+�� ��� &M� -�� (���� ��.
���D�� �������:
B���� ���� �� ������ 5������ ��� %�� ��0+��� 5������ ��� %� �����"� >��&X� �%�� �� @!� �� EA%� �B�� � , ;�!���2��� > �� ��� ( 3 ��� %� > �� ���� ���� ��>��E !"# )�����%� (�"� � ��"�' ���
�2 �=��� �2�%21 ��"� )��� 9�< � �E ����� $�%2 %�� (���� �� (�� ��= �� >��&X� E� 8��� �� � �E �2. (���+�� �� ��"�' �� ������� :�'�22.
(�P���&�� (� ��%���� �+��� <:�����(��: �%��� ������� � ������ )2 ����� ����$ )���� �
������ E��; ;JK�� $ ����
HAC 20 ��������� �2:�'��56kW
MT125 ����� 2
G�+�� ���� F� 5���� :,3�� '�� ��
TE70/2 ����1 ��� ��
F� ����ONDA ���:���
�%��� ������� � ������ )2 ����� $ ���� )�"�%��
������ E��; ;JK�� $ ����
HAC 15 ��������� �2:�'�� 56Kw
SM 185 ����� 1
���� F� ����' :,3�� G�+��
'�� ��
SL70-80 ��0+� ��� ��
F� ����ONDA ���:���
(���� �� & �%& � �%& �� ��'�$�� ��%���)33 ( �����)6 (2011 Tishreen University Journal. Eng. Sciences Series
217
H���� ���� ��: �0(+ ������� �����,� I��5 A2 ���. ����� (��� )20 ((���� �� -�� 8������ ����+�� (�� �E-���.
أنبوبي
أنبوبي
أنبوبيأنبوبي
صفائحي
صفائحي
صفائحي
صفائحي
R2 = 0.9394
R2 = 0.6415
60
65
70
75
80
85
90
95
100
90 110 130 150 170 190 210
أنبوبي
صفائحي
Poly. (أنبوبي)
Poly. (صفائحي)
η%
Fw[L/min]
الشكل(20)ع!قة الفعالية ا�جمالية كتابع للتدفقB�-D ����� L3��D ������ <%2 ��E ���2 ����+%� �� ��� �� ��0+��� ��= ������ �2 G+ ��E 8�����
�!�� �:�� 9��& �.�1 � �%� ;�!� D��� %� ��0+���.
���D�� ���� ��: �0(+ ;��? ;&K�� I��5 A2 ���. ����� (��� )21 (8������ :63�� :��� (�� �E-���
المبادل ا0نبوبي
المبادل ا0نبوبي
المبادل ا0نبوبي المبادل ا0نبوبي
المبادل الصفائحي
المبادل الصفائحي
المبادل الصفائحي
المبادل الصفائحي
R2 = 0.9876
R2 = 1
15
20
25
30
35
40
45
50
90 110 130 150 170 190 210
المبادل ا0نبوبي
المبادل الصفائحي
Poly. ( المبادل ا0نبوبي)
Poly. (المبادل الصفائحي)
∆P[KPs]
Fw[L/min]
الشكل(21 )ع!قة ھبوط الضغط كتابع للتدفق
B�- (1 & � :��� :63�� ���1 �� ��0+��� 7 ����S� �!�� � 1 �=: ,�2� G+ ��E 8����� B�- (1 :��� :63�� (��� ���1 ���= � /�3�� ��0+�%� 7 ����S� , � B�-� 7#� %� ����� 8����� �� ��� �� ������ (��� 9����� ���= � :��� :63�� �%�%E <�? �� , �� ��(� �B��% �.�1 �� ��� �� ��0+���.
�D�D�� ���� �� :�0(+ ������� �����,� I��5 ;���� ;&K��.
����� (���)22 (:63�� :���� ����+�� (�� �E-���
$0��1 (�'��� ������ ��6� �������� ���� %� �+%�" �� I���� (�� ��= �� ���2 D('� D-=�
218
أنبوبي
أنبوبي
أنبوبيأنبوبي
صفائحي
صفائحي
صفائحي
صفائحي
R2 = 0.9965
R2 = 0.6432
70
75
80
85
90
95
100
15 20 25 30 35 40 45 50
أنبوبي
صفائحي
Poly. (أنبوبي)
Poly. (صفائحي)
η%
∆P[kPs
]
الشكل(22) ع!قة الفعالية ا�جمالية كتابع لھبوط الض�غط
)��B�- /-�"� ��& �� ��� ��� D B�-� �� ��� �� ������ (1 �& �� F'�1 ( )�� ����+��
<�? �� D �:��� :��� :63�� ����.#� 9� �6� ����+%�D �� �� ��0+��� (X� ���� :��� :63�� (��� ���1 <�? /�3�� ���=� �:��� ����� ���=� <%21� $ ����S� <=��� ��& � <%21 ( 90 % �� �3+� ��%�=�� >=��
:��� :63�� �� ��& ��'�� (���� $�& L3�1.
� L"������0����: � � /��� C0��� ��� � � H�' � ��� ��� ��= ��� �� �"�� ,(���� <%2 ����� ����: $ ���� )���� �:
8 �E4����: 1. � �� ���� �3�1 �� (��&�� 5���� ��.
2. ��� <%2 ��E ���� %� ���2 ;�!� �2 :��� :63 �E1 7 ��.�� �� ��� �� ��0+���.
3. :��� 3��:6 �+" �� � %=� ( ��� ? /%��� ( � ��� A �'���.
4. ��� ? /�B��� ���$'� ����� � ��� �� 8��'�� �.�1 ( ��0+���.
5. ���$' �����D )�� ? (�:�� ��1 A���� � A%:�� /=�? � 2 ��� �� � ��� � �� � �� �� ��0+���.
T M����� : 1. ��� <%2 ��E � � � �=�� 9������ �� &M� �E1 $ �� ��� �� ��0+���.
2. U����� ��E ���� �� (���� �E1 $ �� ��� �� ��0+��� �2 ��E �=����� '+$ ;�!� A�'� �2�3�� �������� �� ��� �� ������ 5!��� ����� �'E ���� 7 :'�%� �&�"��Q ��= ��� �� ��0+���.
3. �6�� &� � ���1 ����. )3 /�31 8�� � (G+� �2:�'�� �������� ��= ��� �� ��0+���.
4. 7�� ���1 ��.�� G+� �2:�'�� �������� ��= ��� �� ��0+���.
5. �%�� �&��� (����� (�P������ C�� $2 ��� �.�1 �� �1 ����� �&�� �� ��� � ������� C�&3���.
6. �! �+%� ��+�� ��= ���0+�� �2 G+ �2:�'�� ��������..
7. (��� ��E ������ ��+�� ���� ���� ��= ��0+���.
(���� �� & �%& � �%& �� ��'�$�� ��%���)33 ( �����)6 (2011 Tishreen University Journal. Eng. Sciences Series
219
�# $ ���� )�"�%��: T �E4����:
1- � � � ��� �� ��0+��� � � � �=�� 9���� <%21 7 �� ��� �� ������. 2- ���� �� (��� 0�� ( 3 �& <%21 ( ��� �� ������Q ����� A�'�� �� ;�! <�? �%E �2�3�� F :'���
�&�"��.
3- �6�� ��� �� ��0+��� &� � �6�1 ���� B��% ( ��� �� ������ G+� �2:�'�� ��������.
4- �! (�� �+" ��= ��� �� ������ �2 G+ �2:�'�� ��������.
5- �&��� (����� ��6����( , ��'�� �E1 ��� $2 C�������� ��= C�&3��� �����-�.
6- � � �� 3�1 �+"� ��=�� �����-�� )�%'�������� (�,� :��� :63�� ���� ��� (��+�� ��Q ;�!� A�'� �� �� L0+��� �� � �� 5!��� �:�� ��� 9��6�.
7- �+%� �3+" ��= ��� �� ������ �2 G+ �2:�'�� ��������.
T M�����: 1. ;% � ��� �� ��0+��� :��� :63 F+�� ��� <�? �.�1 ( /�3�� �2 � �E 8����� '+ $�� ��� ��
������ ,�!�� 7%�&� 3 �� � ��� � A �'��� ����� ��� ( �.�1 H�' �!� I���.
2. 3�1 :63�� F+�� �� �.\� ���� ���� <%2 /%� L0+��� ��&� � ��� � ��� @!$� ���� �� �E1 $ �� ��� �� ������ G+� �2:�'�� ��������.
3. ����� ����� /�B���� ,)�� ?( 51 �%" �� �1� ���+� 5�\�' <�? /=�? � 2 ��� �� � ���.
�%����� �������: 1- �� ���"� (�P��%���� �� ���� B���� � $ �P.��� N��� , �( (� �� >��&? ��= �� <%2 ��1> (�P��%��
( �"�'� (���� (�+%�" ;�!� ��� 9��� �� � )�' �1 �.�1( ���� � W� ��%2� �� $ ��2 ( ���.
2- >��&? )��1 W�"1 <%2 ���� �� �������� V�"� ��� � A �'��� C�&3���.
3- (����� F ������ ��"�� �.�1 A�'� ��� M� ����"��� 9� ��� �� $�� ���� � � $ 9�+�'�� (�� �& � )���� ��6� )���� � %���.
4- ����? �� �1 �!� ����� F ������ ��"�� � ��� )��1 �%. � $� ( ����� 5���E� <%2 A�: )���� � %��� ���� V" <%2� �� &�� ���� �2.
$0��1 (�'��� ������ ��6� �������� ���� %� �+%�" �� I���� (�� ��= �� ���2 D('� D-=�
220
I������: 1. Heat Exchangers Selection, Rating and Thermal Design. Second
Edition.SadikKakaşHongtan Liu-Department of Mechanical Engineering.
University of MIAMI, Coral Gables FLORIDA.
2. Fundamentals of Heat Exchanger Design. Ramesh k. Shah and Dusan P. Sekulic.
Copyright 2003 John Wiley & Sons. Inc.
3. Heat Exchanger Design Handbook, A series of Textbook and Reference Books,
founding Editor L. L. Faulkner. Columb Division, Battelle Memorial Institute and
Department of Mechanical Engineering. The Ohio State University, Columbus,
Ohio.
4. Plate Heat Exchangers, Design, Applications, and Performance. L. Wang, B. Suden
and r. m. Manglik. British Library Catalogning-in-publication Data. WIT press
2007 http://www.witpress.com.
5. Magnusson, B. and Samuelson, B, The story of the Alfa Laval Plate Heat
Exchanger and the Spiral Heat Exchanger, NorstedtsTryckeri, Stockholm, 1985.
6. Clark, D. F, Plate Heat Exchangers. The Chemical Engineers, no.285, pp.275-285,
May 1974.
7. Magnusson, B. The Origins and Evolution of The Alfa Laval Plate Heat Exchanger,
NorsteadTryckeri, STOCKHOLM, SWEDEN 1985.
A�����:
N��� ��������� ��"�E���� 3����� Pr ν .10
6
[m2/s]
λ. 102
[w/m.k]
Cp
Kj/kg.k
ρ
kg/m3
T [C]
13.67 1.789 55.1 4.212 999.9 0
7.02 1.006 60 4.183 998.2 20 4.31 0.659 63 4.174 992.2 40
2.98 0.478 66 4.178 983.2 60
2.21 0.366 67.6 4.195 971.8 80
1.75 0.291 68.3 4.22 968.4 100