ऊष्मा चालन
- फ़ूरिये नियम
- Q̇ = kAΔT/L
- चालन प्रतिरोध
- R = L/(kA)
- संवहन प्रतिरोध
- R = 1/(hA)
- श्रेणी प्रतिरोध
- Q̇ = ΔTtotal/ΣR
- U-मान
- U = 1/(ΣR·A)
ऊष्मा अंतरण: क्रैम पैक
सूत्र-पत्रक, हर विषय के मुख्य विधि-चरण और 4 अभ्यास प्रश्न, पूरे हल पीछे दिए गए हैं।
1सूत्र और विधियाँ
ऊष्मा विनिमयक (LMTD)
- ऊष्मा भार
- Q = U·A·ΔTlm
- लघुगणकीय माध्य तापमान अंतर
- ΔTlm = (ΔT1 − ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)
- धारा संतुलन
- Q = ṁcp(Tin − Tout)
2अभ्यास प्रश्न
1.ऊष्मा चालनमध्यम
एक दीवार कंक्रीट की 250 mm और जिप्सम बोर्ड की 50 mm परत से बनी है, क्षेत्रफल 4 m²। बाहरी फलक 18 °C और 10 °C पर हैं। दीवार से ऊष्मा प्रवाह Q̇ ज्ञात कीजिए।
L1 = 250 mm, k1 = 1.4 W/(m·K)L2 = 50 mm, k2 = 0.17 W/(m·K)A = 4 m²T1 = 18 °CT3 = 10 °C
Q̇ = W
2.ऊष्मा चालनकठिन
150 mm खनिज ऊन और 100 mm कंक्रीट की दीवार 22 °C वाले कमरे को -9 °C वाली बाहरी हवा से अलग करती है। संवहन गुणांक अंदर 8 W/(m²·K) और बाहर 20 W/(m²·K) हैं, और दीवार का क्षेत्रफल 10 m² है। दीवार से ऊष्मा हानि Q̇ ज्ञात कीजिए।
L1 = 150 mm, k1 = 0.04 W/(m·K)L2 = 100 mm, k2 = 1.4 W/(m·K)A = 10 m²hi = 8 W/(m²·K)ho = 20 W/(m²·K)Troom = 22 °CTout = -9 °C
Q̇ = W
3.ऊष्मा विनिमयक (LMTD)मध्यम
एक संघनित्र में भाप नलियों के बाहर स्थिर 105 °C पर संघनित होती है। ठंडा करने वाला पानी (1.5 kg/s, cp = 4.18 kJ/(kg·K)) नलियों से होकर बहता है और 10 से 65 °C तक गर्म होता है। समग्र ऊष्मा अंतरण गुणांक 2500 W/(m²·K) है। आवश्यक ऊष्मा अंतरण क्षेत्रफल A ज्ञात कीजिए।
Ts = 105 °Cṁ = 1.5 kg/scp = 4.18 kJ/(kg·K)Tc: 10 → 65 °CU = 2500 W/(m²·K)
A = m²
4.ऊष्मा विनिमयक (LMTD)कठिन
एक समांतर-प्रवाह डबल-पाइप ऊष्मा विनिमयक में गर्म तेल (0.2 kg/s, cp = 2.5 kJ/(kg·K)) भीतरी नली में बहता है और 130 से 70 °C तक ठंडा होता है। वलयाकार स्थान में पानी (1.5 kg/s, cp = 4.18 kJ/(kg·K)) 10 °C पर प्रवेश करता है। भीतरी नली का व्यास 32 mm है, और U = 400 W/(m²·K) इसी व्यास पर आधारित है। आवश्यक नली लंबाई L ज्ञात कीजिए।
ṁh = 0.2 kg/scp,h = 2.5 kJ/(kg·K)Th: 130 → 70 °Cṁc = 1.5 kg/sTc,in = 10 °CD = 32 mmU = 400 W/(m²·K)
L = m
3विलयन
1.ऊष्मा चालन
उत्तर: Q̇ = 67.7 W
तापीय प्रतिरोध: श्रेणी परतों से स्थिर ऊष्मा प्रवाह श्रेणी प्रतिरोधकों में धारा जैसा व्यवहार करता है: Q̇ = ΔT/ΣR, चालक परत के लिए R = L/(kA) और संवहन सतह के लिए R = 1/(hA)। हर परत पर तापमान पात उसके प्रतिरोध के अनुपात में होता है।
परत प्रतिरोध
R1 = L1/(k1A) = (250/1000)/(1.4·4) = 0.04464 K/W
R2 = L2/(k2A) = (50/1000)/(0.17·4) = 0.07353 K/W
ऊष्मा प्रवाह
Q̇ = (T1 − T3)/(R1 + R2) = 8/0.1182 = 67.7 W
उत्तर
Q̇ = 67.7 W
2.ऊष्मा चालन
उत्तर: Q̇ = 77.57 W
तापीय प्रतिरोध: श्रेणी परतों से स्थिर ऊष्मा प्रवाह श्रेणी प्रतिरोधकों में धारा जैसा व्यवहार करता है: Q̇ = ΔT/ΣR, चालक परत के लिए R = L/(kA) और संवहन सतह के लिए R = 1/(hA)। हर परत पर तापमान पात उसके प्रतिरोध के अनुपात में होता है।
श्रेणी प्रतिरोध
Ri = 1/(hiA) = 1/(8·10) = 0.0125 K/W
R1 = L1/(k1A) = (150/1000)/(0.04·10) = 0.375 K/W
R2 = L2/(k2A) = (100/1000)/(1.4·10) = 0.007143 K/W
Ro = 1/(hoA) = 1/(20·10) = 0.005 K/W
ΣR = 0.3996 K/W
ऊष्मा हानि
Q̇ = (22 − (-9))/0.3996 = 77.57 W
उत्तर
Q̇ = 77.57 W
3.ऊष्मा विनिमयक (LMTD)
उत्तर: A = 2.169 m²
LMTD method: the temperature difference between the streams changes along the exchanger, so the rate equation uses its logarithmic mean: Q̇ = U·A·ΔTlm, with ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂), where ΔT₁ and ΔT₂ are the differences at the two ends. Counter-flow gives a larger ΔTlm than parallel flow for the same inlet and outlet temperatures.
पानी पक्ष से ऊष्मा भार
Q̇ = 1.5·4.18·(65 − 10) = 344.8 kW
सिरों पर तापांतर
ΔT₁ = 105 − 10 = 95 K
ΔT₂ = 105 − 65 = 40 K
लघुगणकीय माध्य तापांतर
ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (95 − 40)/ln(95/40) = 63.58 K
क्षेत्रफल
A = Q̇/(U·ΔTlm) = 344850/(2500·63.58) = 2.169 m²
उत्तर
A = 2.169 m²
4.ऊष्मा विनिमयक (LMTD)
उत्तर: L = 8.939 m
LMTD method: the temperature difference between the streams changes along the exchanger, so the rate equation uses its logarithmic mean: Q̇ = U·A·ΔTlm, with ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂), where ΔT₁ and ΔT₂ are the differences at the two ends. Counter-flow gives a larger ΔTlm than parallel flow for the same inlet and outlet temperatures.
ऊष्मा भार और पानी का निर्गम तापमान
Q̇ = 0.2·2.5·(130 − 70) = 30 kW
Tc,out = 10 + 30/(1.5·4.18) = 14.78 °C
सिरों पर तापांतर
समांतर प्रवाह में दोनों इनलेट एक ही सिरे पर और दोनों आउटलेट दूसरे सिरे पर होते हैं।
ΔT₁ = Th,in − Tc,in = 130 − 10 = 120 K
ΔT₂ = Th,out − Tc,out = 70 − 14.78 = 55.22 K
लघुगणकीय माध्य तापांतर
ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (120 − 55.22)/ln(120/55.22) = 83.46 K
क्षेत्रफल और लंबाई
A = 30000/(400·83.46) = 0.8987 m²
L = A/(πD) = 0.8987/(π·0.032) = 8.939 m
उत्तर
L = 8.939 m
ExamProblems · examproblems.com/courses/heat-transfer