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Método de efectividad-NTU

1955
  • W. M. Kays
  • A. L. London
Intercambiador de calor utilizado en termodinámica para análisis de efectividad-método NTU.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

The Effectiveness-NTU método is used in heat exchanger analysis when fluid inlet temperatures are known, but outlet temperatures are not. Effectiveness ([latex]\epsilon[/latex]) is the ratio of actual heat transfer to the maximum possible heat transfer. The Number of Transfer Units (NTU) is a dimensionless measure of the heat exchanger’s size, defined as [latex]NTU = \frac{UA}{C_{min}}[/latex].

El método Effectiveness-NTU proporciona una alternativa poderosa a la LMTD method, especially in situations where iterating to find outlet temperatures would be cumbersome. The core of the method lies in three dimensionless parameters: effectiveness ([latex]\epsilon[/latex]), the number of transfer units (NTU), and the heat capacity rate ratio ([latex]C_r = C_{min}/C_{max}[/latex]). The maximum possible heat transfer rate, [latex]Q_{max}[/latex], occurs in a hypothetical infinitely long counter-flow heat exchanger, where the fluid with the smaller heat capacity rate ([latex]C_{min}[/latex]) undergoes the maximum possible temperature change, [latex]\Delta T_{max} = T_{h,in} – T_{c,in}[/latex]. Thus, [latex]Q_{max} = C_{min}(T_{h,in} – T_{c,in})[/latex]. The actual heat transfer is then simply [latex]Q = \epsilon Q_{max}[/latex]. The key is that effectiveness ([latex]\epsilon[/latex]) can be expressed as a function of only NTU and [latex]C_r[/latex] for a given flow arrangement. For example, for a parallel-flow exchanger, the relationship is [latex]\epsilon = \frac{1 – \exp[-NTU(1+C_r)]}{1+C_r}[/latex]. These relationships have been derived and charted for numerous common heat exchanger configurations, allowing engineers to quickly determine the performance of a given exchanger or to size a new one without knowing the outlet temperatures beforehand. This method is particularly useful in design and optimization studies where the impact of changing the exchanger’s size (and thus NTU) on its performance (effectiveness) is being investigated.

UNESCO Nomenclature: 3328
- Termodinámica

Tipo

Sistema abstracto

Ruptura

Incremental

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Método LMTD para el análisis de intercambiadores de calor
  • concepto de números adimensionales en mecánica de fluidos y transferencia de calor (por ejemplo, Reynolds, números de Prandtl)
  • avances en termodinámica y dinámica de fluidos a principios del siglo XX

Aplicaciones

  • Análisis de regeneradores de turbinas de gas
  • Diseño de intercambiadores de calor compactos donde las temperaturas de salida son difíciles de predecir
  • Evaluación del rendimiento de los sistemas de refrigeración de la electrónica
  • diseño de radiador automotriz
  • sistemas de gestión térmica aeroespacial

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • Integración de modelos basados ​​en NTU en algoritmos de aprendizaje automático para el mantenimiento predictivo de intercambiadores de calor industriales
  • Desarrollo de sistemas de intercambiadores de calor modulares donde se pueden agregar o quitar unidades (NTU) para adaptarse a las demandas de carga térmica.
  • Disipadores de calor de microcanales optimizados por ntu para electrónica de alta densidad de potencia y diodos láser
  • Herramientas de software que generan automáticamente curvas de efectividad NTU para nuevas geometrías de intercambiadores de calor impresos en 3D.
  • Modelado dinámico de NTU para el análisis transitorio de sistemas de recuperación de calor residual en vehículos híbridos
  • Aplicación del método NTU a sistemas biológicos, como el modelado del intercambio de calor en sistemas circulatorios animales.
  • Garantías de rendimiento basadas en NTU para productos intercambiadores de calor comerciales
  • creation of advanced composite materials with tunable thermal conductivity to actively control a heat exchanger’s ntu value
  • Uso del método NTU para diseñar sistemas de almacenamiento térmico acoplados a intercambiadores de calor.
  • Desarrollo de software educativo que visualiza la relación entre NTU, efectividad y configuración del flujo.
Relacionado con: efectividad, NTU, intercambiador de calor, transferencia de calor, Kays y London, termodinámica, número adimensional, diseño térmico, intercambiador de calor compacto, relación de capacidad.

Contexto histórico

Método de efectividad-NTU

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(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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