Heat exchanger design with transfer coefficients varying with temperature or length of flow path

Abstract

Heat transfer coefficients vary across an exchanger due to changes in fluid properties, length of flow path, or both. The procedure ofRoetzel [1] to estimate the mean transfer coefficient was extended to cover additional cases where only a length effect is present: exchange between a laminar and a turbulent stream and developing turbulent flow in a crossflow geometry. — In the general case, where both a change in fluid properties and a length effect must be considered, no procedure suitable for routine design purposes can be guaranteed to yield a reliable mean transfer coefficient; in one example of a counterflow exchanger Roetzel's procedure underestimates the required area by 10%.

Zusammenfassung

In einem Wärmeaustauscher ändern sich die Übergangskoeffizienten mit den Eigenschaften des Fluids, der Länge der Fließstrecke oder beiden. Roetzel's Verfahren zur Errechnung des Durchschnittswertes des Übergangskoeffizienten wurde erweitert, um auch für zusätzliche Fälle zu gelten, bei denen ein Längeneffekt auftritt: Austausch zwischen einem laminaren und turbulenten Strom und Entwicklung eines turbulenten Flusses in einer Kreuzstromanordnung. — Für den allgemeinen Fall, bei dem sowohl die Veränderung der Fluideigenschaften als auch der Längeneffekt berücksichtigt werden müssen, gibt es kein geeignetes Verfahren für routinemäßige Rechnung nach dem ein zuverlässiger Durchschnittsübergangskoeffizient garantiert werden kann; in einem Beispiel für Gegenstromaustauscher wird gezeigt, daß der nach dem Verfahren vonRoetzel errechnete Wert für die erforderliche Austauschoberfläche 10% zu niedrig ist.