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Was ist das Wärmeübertragungsprinzip von Rippenrohren?
Prinzip der Wärmeübertragung über Rippenrohre
In einem Wärmetauscher aus regelmäßigen runden Rohren sind die Wärmeübertragungskoeffizienten für die Flüssigkeit außerhalb des Rohrs und die Flüssigkeit innerhalb des Rohrs häufig nicht gleich. Der Wärmeübertragungskoeffizient bezieht sich auf die Wärmemenge, die pro Flächeneinheit bei einer Temperaturdifferenz von einer Einheit (Temperaturdifferenz zwischen der Flüssigkeit und der Wand) übertragen wird. Er stellt die Wärmeübertragungskapazität zwischen der Flüssigkeit und der Wand dar. Beispiel:
- Der Wärmeübergangskoeffizient bei der Kondensation von Wasser auf einer Oberfläche beträgt: 10.000 - 20.000 W/(m²·°C)
- Der Wärmeübergangskoeffizient beim Kochen von Wasser auf einer Oberfläche beträgt: 5.000 - 10.000 W/(m²·°C)
- Der Wärmeübergangskoeffizient beim Überfließen von Wasser über eine Oberfläche beträgt ca.: 2.000 - 10.000 W/(m²·°C)
- Der Wärmeübergangskoeffizient beim Überströmen von Luft oder Rauch über eine Oberfläche beträgt: 20 - 80 W/(m²·°C)
- Der Wärmeübergangskoeffizient bei natürlicher Luftkonvektion beträgt nur: 5 - 10 W/(m²·°C)
Es ist offensichtlich, dass es einen erheblichen Unterschied in der Wärmeübertragungskapazität zwischen der Flüssigkeit und der Wand gibt.
Betrachten wir nun ein reales Wärmeübertragungsszenario: In einem runden Rohr fließt Wasser mit einem Wärmeübertragungskoeffizienten von 5.000 (---), während außerhalb des Rohrs Rauch mit einem Wärmeübertragungskoeffizienten von nur 50 (---) fließt. Das ist ein Unterschied von 100 Mal. Wo tritt der „Engpass“ oder „maximale Widerstand“ im Wärmeübertragungsprozess auf, wenn Wärme von der Innenseite des Rohrs nach außen oder von außen nach innen übertragen wird? Natürlich auf der Seite des Rauchs, da der Wärmeübertragungskoeffizient auf der Rauchseite am niedrigsten ist, was die Steigerung der Wärmeübertragung begrenzt.
Nehmen wir als Beispiel eine Reihe von Widerständen: Wenn in einem Reihenschaltkreis aus mehreren Widerständen ein Widerstand einen viel größeren Widerstand als die anderen hat, wird dieser Widerstand zum „Engpass“ für den Strom. Nur durch die Reduzierung des maximalen Widerstands kann der Strom, der durch den Reihenschaltkreis fließt, effektiv erhöht werden. Dasselbe Prinzip gilt für den oben erwähnten Wärmeübertragungsprozess.
Wie können wir die Wärmeübertragungsrate in runden Rohren erhöhen?
Eine der effektivsten Methoden besteht darin, die Außenflächen der Rohre zu vergrößern, was durch die Herstellung von Rippenrohren erreicht wird. Unter der Annahme, dass die tatsächliche Wärmeübertragungsfläche der Rippenrohre ein Vielfaches der ursprünglichen glatten Rohre beträgt, wird der auf der Außenfläche der glatten Rohre reflektierte Wärmeübertragungseffekt, obwohl der Wärmeübertragungskoeffizient des Rauchs niedrig bleibt, erheblich zunehmen und dadurch den gesamten Wärmeübertragungsprozess verbessern. In Situationen mit einer konstanten Gesamtwärmeübertragungsrate reduziert dies den Metallverbrauch der Anlage und verbessert ihre Wirtschaftlichkeit.
Rippenrohre
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