Springen naar inhoud

WarmtegeleidingscoŽfficiŽnt lucht


  • Log in om te kunnen reageren

#1

KosterT

    KosterT


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 21 oktober 2008 - 15:08

Voor stage moet ik handmatig het een en ander doorrekenen voordat ik het mag simuleren en meten. Het gaat om de warmteafgifte van een bepaalde buis waar lucht ingeperst wordt door een compressor. De lucht in de buis heeft een temperatuur van 160 graden Celsius, een druk van 10 bar en een luchtvochtigheid van 100%. Er zit ook vloeibaar water in de leiding, maar die verwaarloos ik even.

Nu ben ik op zoek naar de warmtegeleidingscoŽfficiŽnt van lucht onder voorgenoemde voorwaarden. Ik kan wel bij verschillende temperaturen vinden (hebben ze hier in de boeken staan), maar over druk of luchtvochtigheid hoor je niets meer dan 'The thermal conductivity of a material depends on temperature, density and de moisture content'. Ja, zonder link of meer informatie heb ik daar natuurlijk niet zoveel aan. Jullie nog ideŽn/links/berekeningen?

Wat ik wel al heb: Psat 6,4 bar; Re 1,15 * 105; rho 6,097 kg/m3; Dynamische viscositeit 1962,9 kg m-1 s-1; cp 4,442 J kg-1 K-1. De gemiddelde stroomsnelheid is 24,86 m s-1; diameter ronde buis 15 mm. Ben alleen nog bezig geweest met de stroming, nog niet met de warmteoverdracht naar de buis.

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

KosterT

    KosterT


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 21 oktober 2008 - 15:32

Ik moet het trouwens hebben om het Nusselt nummer te bepalen via het getal van Prandtl Pr = μcp / k en dan Nu = 0,023Re4/5Pr1/3. Er zijn vieleicht meerdere manieren om daar aan te komen.

#3

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 21 oktober 2008 - 16:49

De lucht in de buis heeft een temperatuur van 160 graden Celsius, een druk van 10 bar en een luchtvochtigheid van 100%.

Die vochtige lucht is in feite meer stoom dan lucht.
Bij 160 oC is dampspanning van water 6,4 bar dus bij verzadigde lucht van 160 oC/10 bar bestaat het gas voor 64 mol% uit stoom en 36 mol% uit lucht. Je moet dan ook voor de viscositeit rekening houden met het hoge stoomgehalte.
Hoe kom je trouwens aan die: Dynamische viscositeit 1962,9 kg m-1 s-1; cp 4,442 J kg-1 K-1 ???

Het effect van die 10 bar is heel klein op de warmtegeleidingscoefficient (of de viscositeit) van het gas dus negeer dat maar.
Gewoon thermal conductivity van air en steam googlen bij 160 oC en molair middelen is goed genoeg, want:

Er zit ook vloeibaar water in de leiding, maar die verwaarloos ik even.

als er ook vloeibaar water door de leiding stroomt dan geldt de vergelijking Nu = 0.023 * ......... niet meer, die geldt alleen voor gas (of gas met niet meer dan een paar druppels vloeistof).
Hydrogen economy is a Hype.

#4

KosterT

    KosterT


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 22 oktober 2008 - 07:43

Dynamische viscositeit: η = (a0 + a1T + (a2 + a3T) xw +a4T2 + a5xw2) 10-8

Deze formule (met constanten) heb ik uit "Calculation methods for the psysical properties of air used in the calibration of microphones", zie hier.

De cp met deze formule: cp = cpa + xcpv waarin cpa de specifieke heat capacity is van droge lucht, cpv die van het stoom en x de vochtigheidsgraad. Hier te vinden.

Er is niet veel vloeibaar water in de leiding, maar de luchtvochtigheid is 100%, dus de rest in condens.

Gewoon thermal conductivity van air en steam googlen bij 160 oC en molair middelen is goed genoeg

Makkelijker gezegd dat gedaan waarschijnlijk, maar ik ga het proberen! Het lijkt een beetje op de manier om de cp of de enthalpie (h = ha + xhw) te bepalen. Bedankt in ieder geval!

#5

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 22 oktober 2008 - 10:43

Het is altijd goed om uit je hoofd te weten wat de orde van grootte van fysische eigenschappen is.

Viscositeit van gassen is in de orde van 0,01 tot 0,02 cPoise = 0,01 tot 0,02 mPa.s = 0,00001 tot 0,00002 Pa.s
= 0,00001 tot 0,00002 kg/m.s
Totaal anders dus dan jouw getal.

Cp van lucht is in de orde van 1 kJ/kg.K en die van stoom is in de orde van 2 kJ/kg.K dus je snapt dat jouw mengsel nooit een Cp van 4,442 J/kg.K kan hebben.

Ook handig om te weten is dat het Prandtl getal van gassen gewoonlijk in de orde van 0,6 tot 0,9 ligt.

Google de benodigde eigenschappen van zowel stoom als lucht en middel ze op de juiste manier.
Vergeet die formules waarvan je niet weet waar ze vandaan komen of wat voor typefouten erin zitten.
Hydrogen economy is a Hype.

#6

KosterT

    KosterT


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 22 oktober 2008 - 13:11

Nu ik het even overzichtelijk in excel gezet heb zie ik dat ik een paar keer joules en kilojoules door elkaar gehaald heb. Ik kom nu uit op een dynamische viscositeit van 2,16.10-05 kg/m.s en de cp is nu 3,20 kJ/kg.K. Iets aanemelijker dus.
Het Prandtl getal komt dan wel weer uit buiten de waarden die je zojuist genoemd hebt: 0,14.
Nusselt wordt 126. Is dat een beetje reŽel?

Thermodynamica en stromingsleer zijn relatief nieuw voor mij dus die waarden zeggen mij niet zo heel veel soms. Het feit dat ik er gewoon een factor 1000 naast zit bij de cp had toch wel een belletje moeten doen rinkelen.

#7

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 22 oktober 2008 - 13:33

Die dynamische viscositeit klinkt aannemelijk, maar die Cp is naar mijn gevoel ruwweg een factor 2 te groot.

Prandtl voor lucht is gewoonlijk ongeveer 0,7 en die van stoom is, meen ik, ongeveer 0,9 dus die 0,14 lijkt mij vťťl te laag.
Hydrogen economy is a Hype.

#8

KosterT

    KosterT


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 23 oktober 2008 - 15:10

Nog even alles op een rijtje: het Prandtl nummer wordt bepaald met cp.μ/k.
Berekend cp: 2218 J/kg.K
Berekend μ: 2,17.10-5 kg/m.s
Berekend k: 0,472 W/m.K

cp is bepaald met de humidity ratio (x=0,62198.pw/(pa-pw)=1,11 kghumidity/kgdryair)
k is berekend met de mole fraction humidity (0,64).

Waar gaat het ergens mis? Het Prandtl nummer zou tegen de 1 kunnen aanlopen vanwege de hoge luchtvochtigheid, druk en temperatuur volgens een collega (die overigens verder ook niet weet hoe het moet).

#9

KosterT

    KosterT


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 23 oktober 2008 - 15:26

Misschien dat iemand hier nog iets aan heeft; de excel sheet waar ik even de boel overzichtelijk (...) neer heb gezet.

Bijgevoegde Bestanden


#10

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 23 oktober 2008 - 17:22

Ik kan het geklungel niet langer aanzien dus daarom maar even de echte fysische eigenschappen van lucht en stoom opgezocht in een echt boek, het wereldberoemde: Perry's Chemical Engineers' Handbook. Maar je kunt natuurlijk ook zoeken via google.

Tabel 3-212 (6e editie) of 2-229 (7e editie) geeft bij 433 K en 10 Bar:
Cp = 1,025 kJ/kg.K
μ = 2,45 * 10-5 kg/m.s
k = 0,0361 W/m.K
Pr = 0,70

Tabel 3-302 (6e editie) of 2-352 (7e editie) geeft bij 433 K en verzadigingsdruk:
Cp = 2,40 kJ/kg.K
μ = 1,426 * 10-5 kg/m.s
k = 0,0308 W/m.K
Pr = 1,11

Een mengsel van 64 mol% (52,5 massa%) stoom en 36 mol% lucht geeft dan:
Cp = 1,75 kJ/kg.K
μ = 1,79 * 10-5 kg/m.s
k = 0,0327 W/m.K
Pr = 0,958
Hydrogen economy is a Hype.

#11

KosterT

    KosterT


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 23 oktober 2008 - 19:50

Ah, ja, zo kan het natuurlijk ook... Dat boek hebben ze hier volgens mij niet en op google kon ik het zo ťťn twee drie niet vinden. Bedankt in ieder geval, ik kan hier weer mee verder.

#12

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 24 oktober 2008 - 10:58

Ik denk toch echt dat de bieb of ťťn van je collegas dat boek in de kast heeft staan.

Ik zie nu dat ik vergeten ben erbij te vermelden dat het eerste lijstje (met Pr=0,70) voor lucht was en het tweede lijstje (met Pr=1,11) voor stoom, maar waarschijnlijk had je dat al door.
Hydrogen economy is a Hype.





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures