Thermische energie: installatiecomponenten
Oefeningenles 7: Vinnen
Oefening 1:
Een dubbele-pijp-warmtewisselaar (tegenstroom) bestaat uit een binnenste buis met een
binnendiameter van 5 cm en een wanddikte van 0.5 cm, waarrond een grotere buis zit
(binnendiameter 10 cm). De binnenste buis bestaat uit staal (𝑘𝑚 = 50 𝑊/𝑚𝐾) en heeft een lengte
van 30 m. De olie in binnenste buis (𝑚̇𝑜 = 2 𝑘𝑔/𝑠, 𝑐𝑝,𝑜 = 3000 𝐽/𝑘𝑔𝐾) wordt gekoeld vanaf 100°C,
met water (𝑚̇𝑤 = 4 𝑘𝑔/𝑠, 𝑐𝑝,𝑤 = 4186 𝐽/𝑘𝑔𝐾) dat binnenkomt aan 25°C.
De convectieve warmteoverdrachtcoëfficiënten aan de olie- en waterzijde respectievelijk 500 en
2000 W/m²K zijn.
Bovendien zijn aan de olie-zijde 10 longitudinale vinnen aangebracht (met dezelfde lengte als de
warmtewisselaar en van hetzelfde materiaal), met een hoogte van 1 cm en een dikte van 2 mm.
tanh(𝑚⋅ℎ𝑓 ) 2⋅ℎ𝑒𝑥𝑡
Bereken de vinefficiëntië: 𝜂𝑓 = 𝑚⋅ℎ𝑓
, met 𝑚 = √ 𝑡 .
𝑓 ⋅𝑘𝑓
Bepaal de uitlaattemperaturen en vergelijk het resultaat met dat van les 5 oefening 6.
Oefening 2:
Lucht (0.2 kg/s, cp=1006 J/kgK) op 20°C wordt opgewarmd door het te laten stromen over een
bundel buizen 12 buizen met een lengte van 1.5 m waarop 1 circulaire vin per centimeter is
aangebracht (staal, km = 20 W/mK). De buizen hebben een buitendiameter van 1 cm, terwijl de
vinnen een diameter hebben van 3 cm en een dikte van 2 mm. Er is een (gemiddelde) convectieve
warmteoverdrachtscoëfficiënt aan de luchtzijde van 50 W/m²K. De thermische weerstanden door
conductie door de wand en convectie binnenin de buis kunnen worden verwaarloosd. De
dwarsstroom-correctiefactor F mag 0.8 worden verondersteld.
Bereken de uitlaattemperatuur van de lucht, wanneer in de buizen een koelmiddel op 90°C
condenseert. Maak hierbij gebruik van onderstaande grafiek.
,
Oefeningenles 7: Vinnen
Oefening 1:
Een dubbele-pijp-warmtewisselaar (tegenstroom) bestaat uit een binnenste buis met een
binnendiameter van 5 cm en een wanddikte van 0.5 cm, waarrond een grotere buis zit
(binnendiameter 10 cm). De binnenste buis bestaat uit staal (𝑘𝑚 = 50 𝑊/𝑚𝐾) en heeft een lengte
van 30 m. De olie in binnenste buis (𝑚̇𝑜 = 2 𝑘𝑔/𝑠, 𝑐𝑝,𝑜 = 3000 𝐽/𝑘𝑔𝐾) wordt gekoeld vanaf 100°C,
met water (𝑚̇𝑤 = 4 𝑘𝑔/𝑠, 𝑐𝑝,𝑤 = 4186 𝐽/𝑘𝑔𝐾) dat binnenkomt aan 25°C.
De convectieve warmteoverdrachtcoëfficiënten aan de olie- en waterzijde respectievelijk 500 en
2000 W/m²K zijn.
Bovendien zijn aan de olie-zijde 10 longitudinale vinnen aangebracht (met dezelfde lengte als de
warmtewisselaar en van hetzelfde materiaal), met een hoogte van 1 cm en een dikte van 2 mm.
tanh(𝑚⋅ℎ𝑓 ) 2⋅ℎ𝑒𝑥𝑡
Bereken de vinefficiëntië: 𝜂𝑓 = 𝑚⋅ℎ𝑓
, met 𝑚 = √ 𝑡 .
𝑓 ⋅𝑘𝑓
Bepaal de uitlaattemperaturen en vergelijk het resultaat met dat van les 5 oefening 6.
Oefening 2:
Lucht (0.2 kg/s, cp=1006 J/kgK) op 20°C wordt opgewarmd door het te laten stromen over een
bundel buizen 12 buizen met een lengte van 1.5 m waarop 1 circulaire vin per centimeter is
aangebracht (staal, km = 20 W/mK). De buizen hebben een buitendiameter van 1 cm, terwijl de
vinnen een diameter hebben van 3 cm en een dikte van 2 mm. Er is een (gemiddelde) convectieve
warmteoverdrachtscoëfficiënt aan de luchtzijde van 50 W/m²K. De thermische weerstanden door
conductie door de wand en convectie binnenin de buis kunnen worden verwaarloosd. De
dwarsstroom-correctiefactor F mag 0.8 worden verondersteld.
Bereken de uitlaattemperatuur van de lucht, wanneer in de buizen een koelmiddel op 90°C
condenseert. Maak hierbij gebruik van onderstaande grafiek.
,
