Questo articolo discute della relazione tra portata massica e temperatura. Per i fluidi incomprimibili, la portata volumetrica e la portata massica vanno fianco a fianco.
Restringeremo la discussione definendo il sistema e la scienza che vi stanno accadendo. Considereremo un sistema in cui avviene il trasferimento di calore, diciamo l'acqua che scorre in un tubo. L'intera discussione in questo articolo ruoterà attorno a questo sistema.
Cos'è il trasferimento di calore?
Trasferimento di calorer in parole povere è il trasferimento di energia (o entropia) da un punto all'altro. Viene misurato dalla variazione di temperatura che si verifica tra l'unità di lunghezza del sistema.
Possiamo dire che il trasferimento di calore è direttamente proporzionale alla variazione di temperatura e inversamente proporzionale alla lunghezza del sistema. Matematicamente, il trasferimento di calore può essere dato da-
Quali sono le diverse modalità/tipi di trasferimento di calore?
Il trasferimento di calore da una sostanza all'altra può avvenire in molti modi. A volte, ha bisogno di un mezzo per il trasferimento ea volte no.
Vediamo cosa sono diversi tipi di calore trasferimento-
- Conduzione– Il calore viene trasferito tra due punti quando le molecole tra di loro si scontrano tra loro. L'energia vibrazionale degli atomi viene trasferita da un atomo/molecola ad un altro. In questo modo il calore si propaga. Ciò implica che, affinché il trasferimento di calore avvenga per conduzione, è necessario un mezzo.
- Convezione– Il calore viene trasferito dal movimento del fluido. Questo fluido può essere aria o acqua.
- Radiazione- Il trasferimento di calore può avvenire in assenza di un mezzo. Il trasferimento di calore per radiazione avviene sotto forma di elettromagnetico onde.
Portata di massa e relazione di temperatura
Consideriamo l'acqua che scorre attraverso un tubo. L'acqua essendo un fluido incomprimibile significa questo portata volumetrica e portata massica sono proporzionali.
Consideriamo due casi-
- Massa ridotta portata/portata volumetrica: La portata volumetrica dell'acqua è bassa, il che significa che il volume/massa d'acqua che scorre attraverso la sezione del tubo al secondo è inferiore, quindi le molecole d'acqua si riscaldano più velocemente.
- Alta portata massica/portata volumetrica: Se il numero di molecole d'acqua che scorre attraverso un punto è maggiore, ci vorrà più tempo per riscaldarle. Quindi, possiamo dire che la differenza di temperatura in questo caso sarà minore.
Equazione della portata massica e della temperatura
Come abbiamo discusso in precedenza, la differenza di temperatura nel sistema è inversamente proporzionale alla portata massica nel sistema. Cioè, come portata massica aumenta la differenza di temperatura diminuisce.
I relazione tra portata massica e la differenza di temperatura è data sotto-
Per lo stesso valore di trasferimento di calore possiamo dire che la differenza di temperatura è inversamente proporzionale alla portata massica.
In che modo la temperatura influisce sulla portata massica?
La temperatura aumenta la velocità delle molecole che scorrono quindi l'energia cinetica del fluido aumenta con l'aumento della temperatura.
Come calcolare la pressione dalla portata massica?
L'equazione della legge di Hagen Pouisuille lo dice la pressione è direttamente proporzionale alla portata Vota.
Q è la portata ed è la velocità di variazione del volume. Per fluidi la cui densità è costante, cioè fluidi incomprimibili, la portata massica è direttamente proporzionale alla portata volumetrica. Quindi possiamo dire che la pressione aumenta con la portata massica.
L'equazione di Hagen Pouisueille è data sotto-
dove,
mu è la viscosità dinamica
Q è la portata in litri al secondo
Che cosa è uno scambiatore di calore?
Come suggerisce il nome, scambiatori di calore è un dispositivo utilizzato per lo scambio di calore tra due sostanze. Può essere utilizzato per raffreddare o riscaldare l'altra sostanza utilizzando una sostanza funzionante.
Anche l'evaporatore e i condensatori sono tipi di calore scambiatori. Condensatore ed evaporatori sono discussi nelle sezioni seguenti. Gli scambiatori di calore trovano le loro applicazioni in sistemi di refrigerazione, centrali elettriche, sistemi di condizionamento ecc.
Tipi di scambiatori di calore
In base alla direzione del fluido freddo e del fluido caldo gli scambiatori di calore possono essere classificati in tre tipi. Sono riportati di seguito-
- Flusso parallelo scambiatore di calore- In questo tipo di scambiatore di calore, sia il fluido freddo che quello caldo scorrono nella stessa direzione.
- Scambiatore di calore in controcorrente– In questo tipo di scambiatore di calore, sia i fluidi caldi che quelli freddi si muovono in direzioni opposte tra loro.
- Scambiatore di calore a flussi incrociati– In questo tipo di scambiatore di calore, i fluidi caldi e freddi si muovono perpendicolarmente tra loro.
Diverse applicazioni richiedono diversi tipi di direzioni di flusso tra i fluidi caldi e freddi. Il principio guida è lo stesso in tutti e tre i tipi.
Cos'è un evaporatore?
Un evaporatore è un tipo di scambiatore di calore utilizzato per convertire la fase liquida di una sostanza nella sua forma gassosa. Ad esempio, l'acqua viene convertita in vapore. L'intero processo di cambio di fase avviene senza variazione di temperatura.
Il calore trasferito dal fluido caldo è uguale al calore assorbito dal fluido più freddo. L'evaporatore viene utilizzato nei sistemi di refrigerazione per rimuovere il calore dal cibo e dalle bevande conservate all'interno del frigorifero.
Cos'è il condensatore?
Un condensatore è un tipo di scambiatore di calore utilizzato per convertire una fase gassosa di una sostanza in una fase liquida di quella sostanza. Ad esempio, la conversione del vapore in forma liquida. L'intero processo di cambio di fase avviene senza variazione di temperatura.
Il calore trasferito al fluido freddo è uguale al calore assorbito dal fluido più caldo. I condensatori sono utilizzati nelle centrali elettriche dove lo scarico vapore dalla turbina viene convertito in liquido
Cos'è LMTD?
LMTD noto anche come differenza di temperatura media logaritmica è un termine utilizzato negli scambiatori di calore. È la media logaritmica delle temperature del fluido freddo e del fluido caldo.
LMTD viene utilizzato per trovare il generale trasferimento di calore che avviene all'interno del sistema. Tiene conto delle temperature iniziali e finali sia del fluido caldo che del fluido freddo. La formula per LMTD è riportata di seguito-
Dove,
Delta T1 è la differenza di temperatura tra le temperature iniziali dei fluidi caldi e freddi.
Delta T2 è la differenza di temperatura tra le temperature finali dei fluidi caldi e freddi.
Ciao .... Sono Abhishek Khambhata, ho perseguito B. Tech in ingegneria meccanica. Durante i miei quattro anni di ingegneria, ho progettato e pilotato veicoli aerei senza pilota. Il mio forte è la meccanica dei fluidi e l'ingegneria termica. Il mio progetto del quarto anno era basato sul miglioramento delle prestazioni dei veicoli aerei senza pilota utilizzando la tecnologia solare. Mi piacerebbe entrare in contatto con persone che la pensano allo stesso modo.