Värmeöverföring, formel för värmeövergångstalet (W/m2*K) på utsidan?

Skulle du kunna beskriva uppgiften lite mer i detalj? Det borde gå, men man måste veta ifall rökgasen strömmar längs med eller tvärs över röret, vad själva röret består av o.s.v. Vad består rökgasen av? Troligtvis kan du anta att den består av ett eller ett par ämnen och försöka uppskatta lite olika värden utifrån det.

Teraeagle skrev :

Skulle du kunna beskriva uppgiften lite mer i detalj? Det borde gå, men man måste veta ifall rökgasen strömmar längs med eller tvärs över röret, vad själva röret består av o.s.v. Vad består rökgasen av? Troligtvis kan du anta att den består av ett eller ett par ämnen och försöka uppskatta lite olika värden utifrån det.

Jag ska försöka räkna ut vad materialtemperaturen på stålets utsida (7mm basmaterial 316LN och 3 mm påläggssvetsning Alloy 59 i tjocklek) på en överhettaren blir. Vi kan anta ett rör. Det går ingående ånga på 365 - 375°C grader och som kommer ut på 415 - 435°C , en rökgastemperatur utanför på ca 800 grader. Överhettaren är kopplad motström.

Rökgasen består mestadels av sand samt ev. lite föroreningar. Rökgasen kommer uppifrån och strömmar tvärs över röret (cylindern). Röret är alltså placerat vågrätt.

Till att börja med så är det ju påtvingad konvektion. Nusselts tal ger värmeöverföringskoefficienten

$N_{Nu}=\frac{hL}{k}$

För att bestämma Nusselts tal ska man enligt min formelsamling först bestämma Reynolds tal med

$N_{Re}=\frac{Lv\rho }{\mu }$

Sedan har man fem olika fall som ger värdet på två konstanter:

Dessa konstanter ska sen sättas in i formeln

$N_{Nu}=C{N_{Re}}^m{N_{Pr}}^{1/3}$

för att bestämma Nusselts nummer. Nästa steg är då att uppskatta värdet på Prandtls tal, bestämma den karaktäristiska längden (L), samt densiteten och termiska konduktiviteten hos rökgasen. Jag blir dock lite förvirrad av följande:

alex123 skrev :
Rökgasen består mestadels av sand samt ev. lite föroreningar. Rökgasen kommer uppifrån och strömmar tvärs över röret (cylindern). Röret är alltså placerat vågrätt.

Gasen kan inte vara sand. Möjligtvis har man sandpartiklar som följer med i gasen. Ifall rökgasen kommer från förbränning där man tar in stora volymer luft, kan man troligen använda värdena för luft. Om luftflödet är mindre är det kanske bättre att använda värdena för någon kombination av kvävgas/koldioxid eller liknande.

Teraeagle skrev :

Till att börja med så är det ju påtvingad konvektion. Nusselts tal ger värmeöverföringskoefficienten

$N_{Nu}=\frac{hL}{k}$

För att bestämma Nusselts tal ska man enligt min formelsamling först bestämma Reynolds tal med

$N_{Re}=\frac{Lv\rho }{\mu }$

Sedan har man fyra olika fall som ger värdet på två konstanter:

Dessa konstanter ska sen sättas in i formeln

$N_{Nu}=C{N_{Re}}^m{N_{Pr}}^{1/3}$

för att bestämma Nusselts nummer. Nästa steg är då att uppskatta värdet på Prandtls tal, bestämma den karaktäristiska längden (L), samt densiteten och termiska konduktiviteten hos rökgasen. Jag blir dock lite förvirrad av följande:

alex123 skrev :
Rökgasen består mestadels av sand samt ev. lite föroreningar. Rökgasen kommer uppifrån och strömmar tvärs över röret (cylindern). Röret är alltså placerat vågrätt.

Gasen kan inte vara sand. Möjligtvis har man sandpartiklar som följer med i gasen. Ifall rökgasen kommer från förbränning där man tar in stora volymer luft, kan man troligen använda värdena för luft. Om luftflödet är mindre är det kanske bättre att använda värdena för någon kombination av kvävgas/koldioxid eller liknande.

Tack för hjälpen!

Okej, är k den termiska konduktiviteten? Är det en konstant som finns i tabell? Ja det stämmer att rökgasen inte kan vara sand, det är nog bara sandpartiklar som följer med i gasen. Dock doseras sand  ovanifrån och fluidiseras underifrån. Denna komponent (överhettare) är placerad i ett sandlås i en cirkulerande fluidiserande bädd (CFB-panna) varför troligtvis är svårt att veta den exakta kompositionen. Rökgasen kommer från förbränning av hushållsavfall, industriavfall etc. Dock finns det avskiljare men troligtvis läcker lite föroreningar in.  

Under den här länken ser man ungefär vad en sådan rökgas brukar bestå av. Det finns ganska mycket vattenånga i gasen, men det kan vara svårt att hitta data för det vid en så hög temperatur som 800 grader. I ett första steg skulle du kunna anta samma egenskaper som för luft. Dessa hittar du under den här länken. Ännu bättre vore att anta kompositionen 75 % luft och 25 % vattenånga, sedan beräkna ett viktat medelvärde för rökgasen utifrån det.

alex123 skrev :

Tack för hjälpen!

Okej, är k den termiska konduktiviteten? Är det en konstant som finns i tabell?

Ja, precis. Den finns ofta listad i tabeller men är inte konstant utan beror på temperaturen. Det är också viktigt att ha koll på att det är rökgasens och inte rörets värde (åtminstone i det här fallet).

Teraeagle skrev :

alex123 skrev :

Tack för hjälpen!

Okej, är k den termiska konduktiviteten? Är det en konstant som finns i tabell?

Ja, precis. Den finns ofta listad i tabeller men är inte konstant utan beror på temperaturen. Det är också viktigt att ha koll på att det är rökgasens och inte rörets värde (åtminstone i det här fallet).

Okej.

Här är för övrigt hela uppgiften som jag ska räkna på. Jag ska försöka räkna ut vad materialtemperaturen på stålet (tillverkat av 7mm basmaterial 316LN och 3 mm påläggssvetsning Alloy 59 i tjocklek) på överhettaren blir. Temp ånga inlopp: 365 - 375°C grader och temp ånga utlopp: 415 - 435°C. Utanför tubpaketet är temperaturen ca 800 grader varm (rökgaser och sand etc.) . Överhettaren är kopplad motström.

Har börjat så här:
Temperaturer:
Inlopp: 365 - 375°C
Utlopp: 415 - 435°C
Formeln för effekt: Q[W] = Ångflöde * Cp_ånga *ΔTånga

qi = Q/Ai [W/m2] = αånga [W/m2°C] *(Tinrevägg - Tång_medeltemp) =
k/((d0-di)/2) (Tutsida - Tinrevägg)

där Tinrevägg = temperaturen på insidan av tuben
Tång_medeltemp = 398 °C
Tutsida = materialtemperaturen på utsidan av tuben, dvs den sökta temperaturen

ΔTånga = Tut - Tin = 425 - 370°C

k (U) kan jag räkna ut genom:
1/k = r0/(ri*αånga) + r0ln(r0/ri)/λt + r0ln(ry/r0)/λs +.....r0/(ry*α_utsida) där λt och λs är koefficienter för de olika materialen.

α_utsida r ju det vi har behandlat nu i tråden.

Men på något sätt måste jag väl också få in de 800 grader varma rökgastemperaturerna? Min lärare sa att man skulle använda sig av logaritmiska medeltemperaturdifferensen. Temperaturen rökgasen och sandbädden kommer in om du ska räkna ut värmeflödet mha det totala värmeövergångstalet. Det är då man ska använda sig av den logaritmiska medeltemperaturdifferensen. Den har jag inte fått med nu i mina beräkningar.

Eller är det α_utsida som tar hänsyn till de 800 graderna?