NTU法- 维基百科,自由的百科全书

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NTU法是熱傳單元數法的簡稱,也稱為熱交換有效性法,是在一熱交換器(特別是逆流交换(英语:Countercurrent exchange)的熱交換器)沒有對數平均溫差(LMTD)的條件 ... NTU法 語言 監視 編輯 NTU法是熱傳單元數法的簡稱,也稱為熱交換有效性法,是在一熱交換器(特別是逆流交換(英語:Countercurrentexchange)的熱交換器)沒有對數平均溫差(LMTD)的條件下,計算其熱交換速率的方式。

管式熱交換器 熱交換器的並流(Concurrent)及逆流(countercurrent) 在熱交換器分析中,若流體的入口溫度和出口溫度已知,或是可以用能量平衡的方式計算,可以用對數平均溫差來進行分析[1],但若沒有這些資訊,可以用NTU法來分析。

定義編輯 若要定義熱交換器的有效性(effectiveness),需找到假設在無限管長逆流交換的假設條件下,可以達到的最大熱交換程度。

因此任一流體在入口處及出口處的溫差為最大可能溫差,也就是   T h , i −   T c , i {\displaystyle\T_{h,i}-\T_{c,i}}  (熱氣體及冷氣體在入口處的溫度)。

此方式先計算高溫流體及低溫流體的熱容量率(英語:Heatcapacityrate)(質量流率乘以比熱)   C h {\displaystyle\C_{h}}  及   C c {\displaystyle\C_{c}}  ,令其中最小的為   C m i n {\displaystyle\C_{min}}  。

. 因此可找到以下的物理量: q m a x   = C m i n ( T h , i − T c , i ) {\displaystyleq_{max}\=C_{min}(T_{h,i}-T_{c,i})}  其中   q m a x {\displaystyle\q_{max}}  為單位時間下的最大熱傳。

  C m i n {\displaystyle\C_{min}}  需對應熱容量率最小的流體,也就是在假想的無限長度熱交換器中有最大可能溫度變化的流體。

另一種流體其溫度隨長度的變化較慢。

NTU法只考慮有最大溫度變化的流體。

有效性(E)定義為實際熱交換率及最大熱交換率的比例: E   = q q m a x {\displaystyleE\={\frac{q}{q_{max}}}}  其中: q   = C h ( T h , i − T h , o )   = C c ( T c , o − T c , i ) {\displaystyleq\=C_{h}(T_{h,i}-T_{h,o})\=C_{c}(T_{c,o}-T_{c,i})}  有效性是範圍在0到1之間的無量綱。

若可以知道於某一熱交換器的E,又可以知道高低溫流體的入口溫度,可以計算傳流體交換的熱如下: q   = E C m i n ( T h , i − T c , i ) {\displaystyleq\=EC_{min}(T_{h,i}-T_{c,i})}  對於任意的熱交換器,下式都成立:   E = f ( N T U , C m i n C m a x ) {\displaystyle\E=f(NTU,{\frac{C_{min}}{C_{max}}})}  針對一特定的幾何形狀,有效性可以用以下熱容量率的比例 C r   = C m i n C m a x {\displaystyleC_{r}\={\frac{C_{min}}{C_{max}}}}  及熱傳單元數   N T U {\displaystyle\NTU}  來計算: N T U   = U A C m i n {\displaystyleNTU\={\frac{UA}{C_{min}}}}  其中   U {\displaystyle\U}  為整體傳熱係數,而 A {\displaystyleA}  為傳熱面積。

特定幾何形狀熱交換器的有效性編輯 例如平行板熱交換器的有效性為: E   = 1 − exp ⁡ [ − N T U ( 1 + C r ) ] 1 + C r {\displaystyleE\={\frac{1-\exp[-NTU(1+C_{r})]}{1+C_{r}}}}  逆流交換熱交換器的有效性為: E   = 1 − exp ⁡ [ − N T U ( 1 − C r ) ] 1 − C r exp ⁡ [ − N T U ( 1 − C r ) ] {\displaystyleE\={\frac{1-\exp[-NTU(1-C_{r})]}{1-C_{r}\exp[-NTU(1-C_{r})]}}}  若 C r   = 1 {\displaystyleC_{r}\=1}   E   = N T U 1 + N T U {\displaystyleE\={\frac{NTU}{1+NTU}}}  可以針對套管形熱交換器(英語:concentrictubeheatexchanger)或是殼管式熱交換器(英語:shellandtubeheatexchanger)計算類似的有效性。

萁和流體流動方式(逆流、並流或交叉流)、(殼管式熱交換器的)通路數量及高低溫流體是否有混合有關。

注意 C r   = 0 {\displaystyleC_{r}\=0}  為一特殊條件,表示熱交換器中有凝結或是蒸發等相變。

因此在此特殊情形下,熱交換器的特性和流體配置方式無關,其有效性為為: E   = 1 − exp ⁡ [ − N T U ] {\displaystyleE\=1-\exp[-NTU]}  參考資料編輯 ^传热与换热器.[2015-08-10].(原始內容存檔於2016-03-04).  F.P.Incropera&D.P.DeWitt1990FundamentalsofHeatandMassTransfer,3rdedition,pp.658–660.Wiley,NewYork F.P.Incropera,D.P.DeWitt,T.L.Bergman&A.S.Lavine2006FundamentalsofHeatandMassTransfer,6thedition,pp686–688.JohnWiley&SonsUS 取自「https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=NTU法&oldid=70870261」



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