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Zur Bewertung von Kompakt-Wärmeaustauschern

On the evaluation of compact heat exchangers

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Wärme - und Stoffübertragung Aims and scope Submit manuscript

Abstract

A number of criteria have been developed which evaluate heat exchangers on the basis of exchange rate and pumping power. Appreciation of these criteria suffers from a poor discussion of the conditions for which the evaluation holds. Consequently there have been contradictory results when different procedures were applied.

A thorough discussion of the various boundary conditions reveals that two most important questions for crossflow air-cooled heat exchangers are (i) exchange area requirement at constant heat transfer rate and pumping power and (ii) exchange area and pumping power requirement at constant heat transfer rate and frontal area. The first question can be answered by generalizing the evaluation procedure of Glaser, the second problem is dealt with on the basis of redefined heat transfer and pressure drop characteristics.

Zusammenfassung

Zum Vergleich der Leistungsfähigkeit verschiedener Wärmeaustauscher liegt aus der Literatur eine Reihe von Bewertungskriterien vor. Sie beruhen im wesentlichen auf dem Verhältnis von erzielter Wärmeaustauschleistung zu der dafür erforderlichen hydraulischen Förderleistung. Die Anwendung dieser Kriterien wird beeinträchtigt durch nicht oder unklar formulierte Randbedingungen, die der Bewertung zugrunde liegen. Dies hat zu widersprüchlichen oder quantitativ zweifelhaften Ergebnissen geführt.

Hier werden die Randbedingungen verschiedener Bewertungsverfahren gegenübergestellt, wobei die beiden Fragestellungen nach Flächenbedarf bei gleicher Wärme- und Förderleistung sowie Flächenbedarf und Förderleistung bei gleicher Wärmeleistung und Anströmfläche als die wichtigsten angesehen werden. Die erste Frage ist von Glaser bereits beantwortet worden, wird hier jedoch verallgemeinert dargestellt, die zweite Fragestellung ist neu; sie wird mit Hilfe geeigneter Kenngrößen und für einige bekannte Austauschsysteme behandelt.

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Abbreviations

A, Ac :

Anströmfläche bzw. engste Durchströmfläche des Austauschers, m2

A* :

Flächenkenngröße, m

cp :

spezifische Wärmekapazität, Jkg−1K−1

C ′1 , C ′2 :

Konstante, m−n

d, dh :

Rohrdurchmesser, hydraulischer Durchmesser, m

Ey:

Druckverlustkenngröße, m−2

F:

Wärmeaustauschfläche, m2

k:

Wärmedurchgangskoeffizient, Wm−2K−1

L:

Bautiefe des Austauschers, m

M:

Massenstrom, kg s−1

m:

Massenfluß, kg s−1m−2

N:

hydraulische Förderleistung, W

N* :

Leistungskenngröße, m−2

Ny:

Wärmeübergangskenngröße, m−1

Δp:

Druckverlust, N m−2

q:

Wärmefluß, W m−2

Q, Qmax :

Wärmestrom, W

Ry:

Strömungskenngröße, m−1

t′, t″:

Eintritts-, Austrittstemperatur des Sekundärmediums, K

T′, T″:

Eintritts-, Austrittstemperatur des Primärstroms, K

Tw, ¯T:

Wand-, Mitteltemperatur des Primärmediums, K

ΔT, ΔTm :

treibendes Temperaturgefälle, K

V:

Volumenstrom, m3s−1

w:

Geschwindigkeit, ms−1

y:

Koordinate, m

α:

Wärmeübergangskoeffizient, W m−2K−1

ɛ1Q/(NΔT):

Leistungsziffer, K−1

η:

dynamische Zähigkeit, kg m−1 s−1

λ:

Wärmeleitfähigkeit, Wm−1K−1

ν:

kinematische Zähigkeit, m2s−1

ρ:

Dichte, kg m−3

τ:

Schubspannung, N m−2

C1, C2 :

Konstante

Eu:

Euler-Zahl, Gl.(16)

G:

Gütezahl nach Grassmann, Gl.(12)

Nu:

Nusseltzahl, Gl.(15)

Pr:

Prandtlzahl

R:

Rohrreihenzahl

Re:

Reynoldszahl, Gl.(15a)

ɛ:

Leistungszahl nach Glaser, Gl.(13)

μ:

Gütezahl nach E. Schmidt, Gl.(8)

ω:

Verlustziffer nach Th.E. Schmidt, Gl.(10)

ηT :

Gütegrad, Gl.(1)

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Authors and Affiliations

  1. Balcke-Dürr AG, Postfach 1240, 4030, Ratingen 1

    J. Kern

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  1. J. Kern
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Auszugsweise vorgetragen auf der Internen Arbeitssitzung des VDI-Fachausschusses “Wärme- und Stoffübertragung” am 24.4.1979 in Köln.

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Kern, J. Zur Bewertung von Kompakt-Wärmeaustauschern. Warme- und Stoffubertragung 13, 205–215 (1980). https://doi.org/10.1007/BF01433448

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