HEAT EXCHANGER - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/me/2014/laboratory/document/HeatExchanger.pdf · 1 เครื่องแลกเปล ี่ยนความร อน heat exchanger

   1  

เครื่องแลกเปลี่ยนความรอน

HEAT EXCHANGER

กลาวนํา

ในงานทางวิศวกรรมหลายประเภทตองอาศัยกระบวนการถายเทความรอนระหวางของไหลที่มีอุณหภูมิตางกัน

เชน การระบายความรอนของหมอน้ําในรถยนต การแลกเปลี่ยนความรอนระหวางคอยลเย็นกับอากาศเพื่อจายอากาศเย็น

ไปยังหองปรับอากาศ ฯลฯ เปนตน การแลกเปลี่ยนความรอนระหวางของไหลทั้งสองชนิดนี้ลวนใชอุปกรณแลกเปล่ียน

ความรอน(Heat exchanger) ทั้งส้ิน ซึ่งการทํางานอุปกรณเหลานี้ลวนใชทฤษฎีของการถายเทความรอน รวมถึงใชทฤษฎี

ของการถายเทความรอน ในการออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนเพื่อใชในงานที่เหมาะสมตอไป

ชนิดของเครื่องแลกเปล่ียนความรอน

การจําแนกประเภทของเครื่องแลกเปลี่ยนความรอน อาจแบงประเภทของเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนไดตาม

ลักษณะการไหลของของไหล และแบงตามลักษณะรูปรางของเครื่องแลกเปลี่ยนความรอน

1) แบงตามลักษณะการไหลของของไหล สามารถแบงได 3 ประเภท ดังนี้

- การไหลแบบทางเดียวกัน (parallel flow)

- การไหลสวนทางกัน (counter flow)

- การไหลตั้งฉากกัน (cross flow)

2) แบงตามลักษณะของรูปรางของเครื่องแลกเปล่ียนความรอน สามารถแบงได 3 ประเภทหลักๆ ดังนี้

- แบบทอสองช้ัน (double pipe) เปนชนิดที่สามารถสรางไดงายที่สุด ลักษณะเปนทอสองทอสวมกัน โดยของ

ไหลในแตละทออาจเปนของไหลตางชนิดกัน หรือชนิดเดียวกันก็ไดแตอุณหภูมิตองแตกตางกัน ซึ่งใชแลกเปลี่ยน

ความรอนระหวางของไหลทั้งสอง ลักษณะการไหลของของไหลในเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนชนิดนี้ยังแบงการ

ไหลไดอีกสองแบบ คือ การไหลแบบทางเดียวกัน(parallel flow) และ การไหลแบบสวนทางกัน(counter flow)

1)การไหลแบบสวนทางกัน 2)การไหลแบบทางเดียวกัน

รูปที่1) เครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบทอสองชั้น

- แบบกะทัดรัด (compact) โดยสวนใหญลักษณะการไหลในเครื่องชนิดนี้จะเปนการไหลแบบตั้งฉากกัน(cross

flow) และมักจะเปนการในการแลกเปลี่ยนความรอนระหวางอากาศกับของเหลว เชน หมอน้ําในรถยนต เปนการ

แลกเปลี่ยนความรอนระหวางน้ํารอนกับอากาศเย็น จากรูปจะพบวามีการติด fin เพื่อเพิ่มพื้นที่ในการแลกเปลี่ยน

ความรอนของอากาศ เพราะคาความหนาแนนของอากาศต่ํากวาน้ําประมาณ 1000 เทา ดังนั้นถาตองการดึง

Cold fluid in

Cold fluid out

Hot fluid inHot fluid out

Cold fluid out

Hot fluid inHot fluid out

Cold fluid in

   2  

ความรอนที่เทากันก็จําเปนตองเพิ่มพื้นที่การถายเทความรอน แตผลที่ตามมาก็คือเมื่อเพิ่มพื้นที่แรงเสียดทานก็

เพิ่มขึ้นดวย จึงจําเปนตองใหงานในการขับอากาศเพิ่มขึ้นดวย ดังนั้นในเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนชนิดนี้มักจะ

พบวามีการติดพัดลมชวยในการขับการไหลของอากาศ จากรูปที่ 2 มีครีบและของไหลแตละชนิดไมผสมผสาน

กัน แบบไมมีครีบทําใหของไหลนอกทอผสมผสานกัน

รูปที่2) เครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบกะทัดรัด

- แบบทอและเปลือก (shell and tube) การไหลของไหลชนิดหนึ่งจะอยูในทอ(tube) และของไหลอีกชนิดหนึ่ง

จะอยูในเปลือก(shell) และมักจะพบวาการจับยึดระหวางพนังกับทอโดยใชแผนกั้น(baffles) หนาที่สําคัญอีก

ประการที่สําคัญของ baffles คือชวยไมใหการไหลใน shell รัดวงจร กลาวคือใหของไหลใน shell ถายเทความ

รอนกับของไหลที่อยูในทอไดอยางเต็มที่ ซึ่งจะทําใหการไหลเปนการไหลแบบตั้งฉากกัน และสวนทางกันหรือ

ขนานกันในบางตําแหนง

รูปที่3) เครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบทอและเปลือก

ในปฏิบัติการในครั้งนี้จะศึกษาเฉพาะเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนประเภททอสองชั้น(Double pipe) เทานั้น

ทฤษฎ ีD

เครื่

กับน้ําเย็น

การถายเท

สัมพัทธกัน

ที่สงผานจ

Heat con

Heat con

condQ•

=

1cond

o

i

r

r

Qr

•

∫2

condQ•

=

ดังนั้น จะไ

ouble pipe he

องแลกเปลี่ยน

น โดยการทดลอ

ทความรอนในก

ัน

จากรูปถาพิจา

จะมีคาเทากัน คื

nvection:  cQ•

nduction: cQ•

2dT

k r Ldr

π−

2T

Lkdr π−=

,2 (

ln

wall in

o

i

Lk Trr

π

⎛⎜⎝

ไดวา i iQ h A•

=

eat exchange

ความรอนแบบ

องเพื่อหาคา U

การวิเคราะหอัต

รูปที่5) Therm

รณาเปนแบบ T

คอื 1convQ Q• •

=

1 (conv i i ih A T=

cond

dTkA

dr= −

,

,

wall out

wall in

T

T

dTT∫  

, )wall out

o

i

T

r

−⎞⎟⎠

,( )i i wall inT T−

Hot fluid out

r

รูปที่4) เครื

บทอ 2 ชั้น ที่ใช

(Overall heat

ตราการแลกเปลี

mal resistanc

Thermal resis

cond conQ Q• •

= =

, )wall inT− แล

2 ()

ln

waLk Tπ=

Cold fluid in

ร่ืองแลกเปลี่ยน

ชทดลองในปฏิบ

transfer coef

ล่ียนความรอน

e network ในเ

stance networ

2nv ซึ่งคา

ละ 2conv oQ h A•

=

, ,

n

all in wall out

o

i

T

rr

−⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

Col

นความรอนแบบ

บัติการนี้เปนกา

fficient) ของเค ื

ระหวางน้ํารอน

เครื่องแลกเปลี่ย

k จะพบวาเปน

,(o wall outA T −

)(t

o o wah A T=

d fluid out

Ho

บทอสองชั้น

ารแลกเปลี่ยนค

ร่ืองแลกเปลี่ยน

นกับน้ําเย็น โดย

ยนความรอนแบ

นการตอแบบอน

)oT−

, )all out oT− ห ื

ot fluid in

ความรอนระหว

นความรอน โด

ยที่น้ํารอนกับน้ํ

บบทอสองชั้น

นุกรม ความคา

หรือ

วางน้ํารอน

ยใชทฤษฎี

าเย็นจะไม

ความรอน

   3 

   4  

, , , ,( )

2

( ) ( )1 1

ln

i wall in wall in wall out wall out o

o

i i o oi

TQ

h h

Lk

T T T T Tr

A Arπ

•

= = =− − −

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

1 2

2

ln1 1

i o

conv cond convo

i

i i o o

Q

h Lk h

T T TR R Rr

rA Aπ

•

=− Δ

=+ +⎛ ⎞

⎜ ⎟⎝ ⎠+ +

โดยที่ 1 22

ln1 1, ,

o

iconv cond conv

i i o oh Lk h

rr

R R RA Aπ

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠= = =

สรุปจากการวิเคราะหโดยใชทฤษฎีการถายเทความรอน จะไดคาความรอนที่สงถายเปน

2

ln1 1

o

i

i i o o

Q

h Lk h

Trr

A Aπ

•

=Δ⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠+ +

……………………(*)

The overall heat transfer coefficient: U (w/m². °C)

คาความรอนที่วิเคราะหโดยใชคา Overall heat transfer coefficient สามารถหาไดดังสมการความสัมพันธ

Q U A T•

= Δ …………………….(**)

TΔ : Temperature difference หรืออาจใช log mean temperature difference

U : Overall heat transfer coefficient (w/m². °C)

A : Heat transfer area (m²) ถา ผนังทอบางใชคาเฉลี่ยระหวาง  iA กับ oA ถาผนังทอหนาอาจใช Log mean area

จากสมาการที่ (*) และ (**) สามารถหาคา U ไดโดย

(*) = (**) จะได

2

1 1

ln1 1

o

i

i i o oh Lk h

UA r

rA Aπ

=⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠+ +

i …………………….(***)

ดังนั้นจาก(***) สามารถหาคา U ได ถาทราบคาตัวแปรทุกตัว ซึ่งคา A,r หาไดจากขนาดของเครื่อง คา k หาจากตาราง

คุณสมบัติการนําความรอนของวัสดุพอหาไดไมอยาก แตคา h นั้นอาจหาไดไมงายนักเพราะขึ้นกับรูปแบบการไหล โดยหา

จากความสัมพันธ

   5  

a be r

hDNu cR Pk

= = โดยคา c a b เปนคาคงที่ ขึ้นกับรูปแบบการไหล ดังนั้นจากวิธีขางตนอาจคา U ไดไมงายนัก

การวิเคราะหอัตราการแลกเปลี่ยนความรอนโดยใช กฎขอที่หนึ่งของเทอรโมไดนามิกส

รูปที่6) ลักษณะการไหลในเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบทอสองชั้น

จากรูป สามารถวิเคราะห โดยใชกฎขอที่หนึ่งของเทอรโมไดนามิกส ไดดังนี้

อัตราความรอนที่น้ํารอนปลอยออก (Heat power emitted) ( ), , ,H P H H in H outHQ m C T T• •

= − (1)

อัตราความรอนที่น้ําเย็นไดรับ (Heat power absorbed) ( ), , ,C P C C out C inCQ m C T T• •

= − (2)

จากทฤษฎีที่ไดกลาวไวในขางตนเนื่องจากลักษณะของ Thermal resistance network เปนการตอแบบอุกรม

ดังนั้นคา Heat power emitted กับคา Heat power absorbed ควรที่จะเทากัน (ถาไมมีการศูนยเสีย) แตในทางปฏิบัติ

แลวมีการศูนยเกิดขึ้นดังนั้น

Heat power lost = heat power emitted - heat power absorbed (3)

และคาความสามารถในการดึงความรอนออกจากน้ํารอนของเครื่องแลกเปลี่ยนความรอน หรือที่เรียกวาคาประสิทธิภาพ

การถายเทความรอน หาไดจาก

Efficiency , η = emitted powerheat

absorbed powerheat × 100% (4)

จากวิเคราะหโดยใช first law of thermodynamics สามารถคํานวณหาคาอัตราความรอนที่เครื่องแลกเปลี่ยน

ความรอนชนิดนี้สามารถดึงออกได (Heat power absorbed) ซึ่งจะตองมีคาเทากับ lmQ U A T•

= Δ ดวย 

ดังนั้น ก็สามารถหาคา U (Overall heat transfer coefficient) ไดเปน

Overall heat transfer coefficient U = TΔ lm

heat power absorbed

heat transmission area x (5)

Log mean temperature difference ΔTm = T T

TT

Δ −ΔΔΔ

1 2

1

2

ln (6)

Tc out

TH inTH out 

,,H P Hm C•

,,C P Cm C•

Tc in

   6  

โดย TΔ 1 และ TΔ 2 Temperature difference ขึ้นกับลักษณะการไหลวาเปนการไหลแบบขนานกัน หรือสวนทางกันซึ่ง

สามารถพิจารณาไดจากรูป

Parallel flow Counter flow

รูปที่7) การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบทอสองชั้น

ในการหาประสิทธิภาพของแลกเปลี่ยนความรอนสามารถหาไดสองวิธีหลักๆดวยกัน คือวิธีของ Log mean

temperature difference และ Effectiveness-NTU method

1) The Log mean temperature difference method (LMTD)

จริงๆแลวการคํานวณคาความรอนดวยวิธีนี้ไดนําเสนอไวแลวในขางตนแตยังไมไดบอกวากรรมวิธีนี้มีชื่อ

เรียกวาอะไร วิธีของ Log mean temperature difference method (LMTD) คํานวณคาความรอนจากสมการ

lmQ U A T•

= Δ ในการคํานวณคาความรอนนี้ จะตองทราบของอุณหภูมิทุกคา เพื่อคํานวณหา lmTΔ

การออกแบบ เพื่อหาขนาดของเครื่องแลกเปล่ียนความรอนดวย LMTD สามารถทําไดตามลําดับดังนี้

1) เลือกชนิดของเครื่องแลกเปลี่ยนความรอน เละลักษะการใชงาน(ทิศทางการไหล)

2) คํานวณคาตัวแปรตางๆที่ยังไมทราบคา เชน Q•

อุณหภูมิที่ทางออก อาจคํานวณโดยใช first law of

thermodynamics

3) คํานวณ Log mean temperature difference

4) เลือกหรือคํานวณคา Overall heat transfer coefficient U

5) คํานวณหา heat transfer area A

6) ควรเลือกเครื่องที่มี heat transfer area มากกวาหรือเทากับ heat transfer area ที่คํานวณมาได

TΔ 1

TΔ 1

TΔ 2

TΔ 2

   7  

2) The Effectiveness-NUT method

เนื่องการคํานวณดวยวิธีของ LMTD นั้นจะตองทราบอุณหภูมิที่ทางออกทุกคากอนจึงจะคํานวณตอได ดังนั้น

จึงเปนขอจํากัดของวิธ ีLMTD ดังนั้นจึงมีกรรมวิธีของ Effectiveness-NUT method (Kays and London 1955) ใชในการ

คํานวณปญหาประเภทนี้

นิยามของ Heat transfer effectiveness ε

max

Q

Qε

•

•= = A

(7)

, , , ,( ) ( )c c out c in h h in h outQ C T T C T T•

= − = − เมื่อ ,cc p cC m C•

= , ,hh p hC m C•

= เรียกวา heat transfer rate

โดยที่ maxmaxQ C T•

= Δ  

คา maxTΔ ที่เปนไปได ถาพิจารณาที่น้ํารอน ( ), ,h in h outT T TΔ = − ถาเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนสามารถลดอุณหภูมิ

,h outT ไดมากที่สุดคือมีคาเทากับ ,c inT ดังนั้น maxTΔ ที่เปนไปไดคือ ( )max , ,h in c inT T TΔ = −  

สวนคา Heat transfer rate (C) นั้นใหเลือกระหวาง ,c hC C ตัวไหนมีคานอยใหใชตัวนั้นในการคํานวณ เพราะถาใชตัวที่

มีคามากแลวจะทํา maxQ•

มากเกินไป และเมื่อใชคานี้คํานวณยอนหา ,h outT จะทําใหมีคาต่ํากวา ,c inT ซึ่งขัดกับกฎขอที่

สองของเทอรโมไดนามิกส ดังนั้นจะได maxQ•

เปน

( )min , ,max h in c inQ C T T•

= − (8)

ดังนั้นจะได ( )( )

, ,

min , ,max

c c out c in

h in c in

C T TQC T TQ

ε•

•

−= =

− (9)

จาก(9) ที่ยังไมทราบคาคือ ,c outT ซึ่งมาหาไดจากความสัมพันธของคาอัตราความรอนที่คํานวณไดจาก first law of

thermodynamics และ LMTD

( ), ,h h in h outQ C T T•

= − (10)

( ), ,c c out c inQ C T T•

= − (11)

lmQ UA T•

= Δ (12)

จาก(10) - (12) ตัวแปรที่ยังไมทราบคาคือ ,h outT และ ,c outT นอกนั้นเปนตัวแปรที่ทราบคาแลว

ถาแกสมการ (10) - (12) จะไมขอแสดงรายระเอียดในที่นี้ จะสามารถคํานวณ ,h outT และ ,c outT เปนฟงกชันของ

, ,, , , , ,h c h in c inC C U A T T ได

จากนั้นแทนคา , , ,( , , , , , )nc out h c h in c inT f C C U A T T= ลงในสมการที่ (9) ก็สามารถคํานวณ effectiveness ε ได

   8  

ดังนั้นจึงขอสรุปคา Effectiveness ε สําหรับ Double pipe heat exchangerดังนี้

1) Parallel flow [ ]1 exp (1 )

1parallel flow

NTU cc

ε −

− − +=

+

2) Counter flow  [ ][ ]

1 exp (1 )1 exp (1 )counter flow

NTU cc NTU c

ε −

− − −=

− − −

โดย

- min

minp

UA UANTUC mC

•= =

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

, NTU : Number of heat transfer unit

- min

max

CcC

= , c : capacity ratio

การออกแบบ หาขนาดของเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนดวยวิธีของ Effectiveness-NUT method สามารถ

ทําไดตามลําดับดังนี้

1) เลือกชนิดของเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนที่ทราบคา U และลักษะการใชงาน(ทิศทางการไหล)

2) คํานวณคา capacity ratio c , Effectiveness ε

3) คํานวณ NTU จาก ความสัมพันธ ( ),nf NTU cε =

4) คํานวณหา heat transfer area Aจากmin

UANTUC

=

5) ควรเลือกเครื่องที่มี heat transfer area มากกวาหรือเทากับ heat transfer area ที่คํานวณมาได

การทดสอบทดสอบเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบสองชั้น

เครื่องแลกเปล่ียนความรอนที่ใชทดสอบมีขอมูลดังตอไปนี้

- เสนผานศูนยกลางภายนอกทอเล็ก 15 mm

- ความหนาทอเล็ก 0.7 mm

- เสนผานศูนยกลางภายนอกของทอใหญ 22 mm

- ความหนาทอใหญ 0.9 mm

- ความหนาของฉนวน 20 mm

- ระยะการสงผานความรอน 1.5 m

- พื้นที่สงผานความรอน 0.067 m²

รูปที่7) ภาพตัดขวางของเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนที่ใชทดสอบ รูปที่8) ภาพตัดขวางของเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนที่ใชทดสอบ

   9  

สวนประกอบของเครื่องแลกเปล่ียนความรอน

รูปที่9) เครื่องแลกเปลี่ยนความรอนเปนของบริษัท Armfield รุน HT4

เครื่องแลกเปล่ียนความรอนเปนของบริษัท Armfield รุน HT4 รายละเอียดสวนประกอบของเครื่องมี ดังนี้

(1) ถังเก็บน้ํา (สําหรับน้ํารอน)

(2) heater

(3) แผนกั้นในถังเก็บน้ํา

(4) sensor ของอุณหภูมิน้ํารอน

(5) ทางออกจากถังน้ํารอน

(6) ปมน้ํา

(7) ฝาปดถังเก็บน้ํา

(8) -

(9) ตัวควบคุมอุณหภูมิ

(10) เทอรโมมิเตอร แสดงอุณหภูมิน้ํารอนที่จุดกึ่งกลางของวงจร (11) air bleed valve มี 2 อันสําหรับน้ํารอนและน้ําเย็น

(12) เทอรโมมิเตอร แสดงอุณหภูมิน้ําเย็นที่จุดกึ่งกลางของวงจร (13) ทอ 2 ชั้นสําหรับแลกเปลี่ยนความรอน

(14) เทอรโมมิเตอรสําหรับแสดงอุณหภูมิน้ําเย็น(มี 2 อัน)

(15) เทอรโมมิเตอร แสดงอุณหภูมิน้ํารอนเขาเครื่องแลกเปลี่ยนความรอน

(16) selector valve สําหรับปรับทิศทางการไหลใหเปนการไหลแบบทางเดียวกัน หรือสวนทางกัน

(17) เทอรโมมิเตอร แสดงอุณหภูมิน้ํารอนออกจากเครื่องแลกเปลี่ยนความรอน

   10  

(18) control valve ของน้ํารอน

(19) flow meter ของน้ํารอน

(20) control valve ของน้ําเย็น

(21) ทางเขาของน้ําเย็น

(22) ทางออกของน้ําเย็น

(23) flow meter ของน้ําเย็น

(24) drain valve ของถังเก็บน้ํา

(25) drain tap ที่ทางออกของปม

(26) drain tap ใต control valve ของน้ําเย็น

(27) main isolator

(28) RCCD

(29) และ (30) beaker

ขั้นตอนการทดสอบ

1.การทดสอบเครื่องแลกเปลี่ยนคงวามรอนแบบไหลทางเดียวกัน (Parallel flow)

1) ปรับวาลวใหเปนการไหลแบบ Parallel flow ดังรูปที่ 10

2) เช็คดูวาระดับน้ํารอนในถังมากพอทวม sensor หรือไม ถาไมทวมใหเติมน้ํากลั่นเพิ่ม

3) เปดวาลวน้ําเย็น ปรับอัตราการไหลของน้ํารอนเปน 1 ลิตร/นาที

4) เปดวาลวน้ํารอน ปรับอัตราการไหลของน้ําเย็นเปน 2 ลิตร/นาที

5) ตั้งคาควบคุมอุณหภูมิของน้ํารอนไปที่ 55 °c

6) เมื่ออุณหภูมิของน้ํารอนสูงจนถึงคาที่ตั้งไวใหรอประมาณ 5 นาที แลวอานคาอุณหภูมิและบันทึกลงในตาราง

7) คํานวณคาตางๆที่กําหนดไวในตาราง

รูปที่10) การปรับวาลวใหการไหลเปนการไหลแบบขนานกัน

2.การทดสอบเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบไหลสวนทางกัน (Counter flow)

   11  

1) จากการทดลองที่1. ปรับวาลวใหเปนการไหลแบบ Counter flow ดังรูปที่ 11

2) รอประมาณ 5 นาที แลวอานคาอุณหภูมิและบันทึกลงในตาราง

3) คํานวณคาตางๆที่กําหนดไวในตาราง

รูปที่11) การปรับวาลวใหการไหลเปนการไหลแบบสวนทางกัน

3.การทดสอบเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนโดยการเปลี่ยนอัตราการไหลแบบไหลสวนทางกัน

1) จากการทดลองที่ 2. เปล่ียนอัตราการไหลของน้ํารอนเปน 3 และ 4 ลิตร/นาที ตามลําดับ สวนอัตราการไหลของน้ํา

เย็นใช 1ลิตร/นาที

2) รอประมาณ 2นาที ใหอุณหภูมินิ่ง แลวอานคาอุณหภูมิและบันทึกลงในตาราง

3) คํานวณคาตางๆที่กําหนดไวในตาราง 4) เปล่ียนอัตราการไหลของน้ําเย็นเปน 2 และ 3 ลิตร/นาที ตามลําดับ สวนอัตราการไหลของน้ําเย็นใช 2 ลิตร/นาที

5) รอประมาณ 2นาที ใหอุณหภูมินิ่ง แลวอานคาอุณหภูมิและบันทึกลงในตาราง

6) คํานวณคาตางๆที่กําหนดไวในตาราง 4.การทดสอบเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนโดยการเปลี่ยนอัตราการไหลแบบไหลสวนทางกัน

1) จากการทดลองที่ 1และ2 ปรับอุณหภูมิของน้ํารอนไปที่ 60 65 และ 70 °C ตามลําดับ

2) เมื่ออุณหภูมิของน้ํารอนสูงจนถึงคาที่ตั้งไวใหรอประมาณ 5 นาที แลวอานคาอุณหภูมิและบันทึกลงในตาราง

3) คํานวณคาตางๆที่กําหนดไวในตาราง

   12  

ตารางบันทึกผลการทําลอง Heat Exchanger

การทดลองที ่1. Parallel flow

คาอุณหภูมิของน้ําที่ตั้งไว 55 °C

อัตราการไหลของน้ํารอน QH = 2 Lite/min =……………..m³/s

อัตราการไหลของน้ําเย็น Qc = 1Lite/min =……………..m³/s

ผลการทดลองที่ 1.

TH in TH mid TH out TL in TL mid TL out ΔT1 ΔT2

°C °C °C °C °C °C °C °C

ตารางการคํานวณที่ 1.

C hot C cool Power Power Power Efficiency ΔTml U

ph

mC•⎛ ⎞

⎜ ⎟⎝ ⎠

p

c

mC•⎛ ⎞

⎜ ⎟⎝ ⎠

Emitted absorbed loss

W/°C W/°C W W W % C° W/(m²°C)

การทดลองที่ 2. Counter flow

คาอุณหภูมิของน้ําที่ตั้งไว 55 °C

อัตราการไหลของน้ํารอน QH = 2 Lite/min =……………..m³/s

อัตราการไหลของน้ําเย็น Qc = 1 Lite/min =……………..m³/s

ผลการทดลองที่ 2.

TH in TH mid TH out TL in TL mid TL out ΔT1 ΔT2

°C °C °C °C °C °C °C °C

ตารางการคํานวณที่ 2.

C hot C cool Power Power Power Efficiency ΔTml U

ph

mC•⎛ ⎞

⎜ ⎟⎝ ⎠

p

c

mC•⎛ ⎞

⎜ ⎟⎝ ⎠

Emitted absorbed loss

W/°C W/°C W W W % C° W/(m²°C)

   13  

การทดลองที่ 3. Counter flow เปลี่ยนอัตราการไหล

คาอุณหภูมิของน้ําที่ตั้งไว 55 °C

ผลการทดลองที่ 3.

ลําดับที่ QH (L/s) Qc (L/s) TH in TH mid TH out TL in TL mid TL out ΔT1 ΔT2

1 3 1

2 4 1

3 2 2

4 2 3

ตารางการคํานวณที่ 3.

C hot C cool Power Power Power Efficiency ΔTml U

ลําดับที่ ph

mC•⎛ ⎞

⎜ ⎟⎝ ⎠

p

c

mC•⎛ ⎞

⎜ ⎟⎝ ⎠

Emitted absorbed loss

W/°C W/°C W W W % C° W/(m²°C)

1

2

3

4

   14  

การทดลองที่ 4. เปลี่ยนอุณหภูมิ TH in 4.1) Parallel flow

อัตราการไหลของน้ํารอน QH = 2 Lite/min =……………..m³/s

อัตราการไหลของน้ําเย็น Qc = 1 Lite/min =……………..m³/s

ผลการทดลองที่ 4.1

Temp, set TH in TH mid TH out TL in TL mid TL out ΔT1 ΔT2

°C °C °C °C °C °C °C °C °C

60

65

70

ตารางการคํานวณที่ 4.1

Temp C hot C cool Power Power Power Efficiency ΔTml U %ε NTU %ε

set ph

mC•⎛ ⎞

⎜ ⎟⎝ ⎠

p

c

mC•⎛ ⎞

⎜ ⎟⎝ ⎠

Emitted absorbed loss Cmin/Cmax (AU/Cmin)

°C W/°C W/°C W W W % C° W/(m²°C) ทดลอง ทฤษฏี

60

65

70

   15  

การทดลองที่ 4. เปลี่ยนอุณหภูมิ TH in 4.2) Counter flow

อัตราการไหลของน้ํารอน QH = 2 Lite/min =……………..m³/s

อัตราการไหลของน้ําเย็น Qc = 1 Lite/min =……………..m³/s

ผลการทดลองที่ 4.2

Temp, set TH in TH mid TH out TL in TL mid TL out ΔT1 ΔT2

°C °C °C °C °C °C °C °C °C

60

65

70

ตารางการคํานวณที่ 4.2

Temp C hot C cool Power Power Power Efficiency ΔTml U %ε NTU %ε

set ph

mC•⎛ ⎞

⎜ ⎟⎝ ⎠

p

c

mC•⎛ ⎞

⎜ ⎟⎝ ⎠

Emitted absorbed loss Cmin/Cmax (AU/Cmin)

°C W/°C W/°C W W W % C° W/(m²°C) ทดลอง ทฤษฏี

60

65

70

   16  

การวิเคราะหผลการทดลอง

1. เขียนไดอะแกรมระหวางอุณหภมิูกับระยะทางที่ของเหลวเคลื่อนที่ภายในเครื่องแลกเปลี่ยนความรอนแบบทั้งสอง

ชั้น ทั้งแบบไหลทางเดียวกัน และไหลสวนทางกัน

2. เปรียบเทียบผลการคํานวณที่ไดจากการทดลองที่ 1 กับ 2

3. เปรียบเทียบผลการคํานวณที่ไดจากการทดลองที่ 2 กับ 3

4. เปรียบเทียบผลการคํานวณที่ไดจากการทดลองที่ 1 กับ 4.1 และ 2 กับ 4.2

เอกสารอางอิง

ปฏิบัติการวิศวกรรมเครื่องกล 2 “เครื่องแลกเปลี่ยนความรอน” วสันต จันทรหยวก

Heat transfer second edition in SI unit, “Heat Exchangers” ,Yunus A.Cengle